WO2005096327A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zum betreiben eines magnetantriebes - Google Patents

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WO2005096327A1
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switch
control voltage
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Berthold Gauxmann
Holger Neubert
Thomas Roschke
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Moeller Gmbh
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    • H01H47/32—Energising current supplied by semiconductor device
    • H01H47/325—Energising current supplied by semiconductor device by switching regulator

Definitions

  • the invention relates to both a method and a circuit arrangement for operating a magnetic drive, which consists of a magnetic yoke, at least one permanent magnet arranged on the magnetic yoke side, a magnet armature and retaining means that exert a retaining force, furthermore electromagnetic coil means surrounding the magnetic yoke, one on the input side of a rectified one Control voltage fed and acted upon and contains a control circuit having a microcontroller and a capacitive charge store.
  • the magnet armature When the control voltage is applied, the magnet armature is attracted with permanent magnetic support against the restraining force, is only kept permanently magnetically when the control voltage is still applied, and drops when the control voltage disappears with the support of the restraining force and contrary to the permanent magnetic holding force due to the charge storage being discharged.
  • Magnetic drives consist of a magnetic yoke, a drive coil and a magnet armature, which is attracted by the magnetic yoke when the drive coil is sufficiently energized.
  • the magnetic drives are used in electromagnetic switching devices - also called contactors - for connecting and disconnecting an electrical consumer to an electrical power network by closing or opening the main contacts coupled to the magnet armature.
  • electromagnetic switching devices also called contactors - for connecting and disconnecting an electrical consumer to an electrical power network by closing or opening the main contacts coupled to the magnet armature.
  • Electromagnetic switching devices therefore usually have magnetic drives that keep the main contacts open by means of return springs when the drive coil is de-energized.
  • a disadvantage of such magnetic drives is that a holding current through the magnetic coil and thus a holding power is required to keep the main contacts closed, so that heat is generated during operation, for which purpose the electrical system must be designed thermally.
  • Sensor means in the form of a magnetic field-sensitive switch or a current sensor for the coil current are used to detect the magnetic coil field or magnetic coil current that changes when the valve is switched and to switch over to the holding current.
  • a microprocessor control for a magnetic drive is known, in which the holding current is minimized by controlling the pulse width.
  • An electromagnetic switching device known from DE 39 08 319 A1 has a permanent magnet in order to reduce the pull-in and holding power
  • a magnetic drive known from DE 101 33 713 C1 also has a permanent magnet in the yoke, which alone provides the necessary holding force.
  • a mechanical lock which until then is held via an auxiliary magnetic drive, is released, which then releases a spring force which counteracts the permanent magnet to drop the magnet armature.
  • the aforementioned magnetic drives still require considerable holding or auxiliary performance.
  • EP 0 721 650 B1 shows a bistable magnetic drive with permanent magnets arranged between a magnetic yoke and a two-part magnet armature and with two individually excited magnetic coils.
  • a flow path with a low reluctance and a flow path with a high reluctance are formed at each bistable position of the magnet armature.
  • the magnet armature moves into the respective other stable position, whereby the low and high reluctance flux paths tip over one another.
  • the holding state is brought about solely by a permanent magnet in the magnet yoke.
  • the pulling in and falling out of the armature is brought about by appropriately polarized short-term discharging of a storage capacitor which was charged in the previous falling-off state or holding state.
  • a so-called remanence drive is known, the armature of which between two permanent magnets arranged opposite and opposite in the magnet yoke assumes on the one hand the switch-off and on the other hand the switch-on position.
  • the magnet armature is loaded from one position to the other or vice versa by briefly charging or discharging a capacitor. moved.
  • a permanent magnet is also arranged in a double-circuit magnetic yoke, which alone applies the holding force.
  • a storage capacitor charged during holding operation is discharged via the secondary circuit.
  • the invention is therefore based on the object of reliably converting a magnetic drive with permanent magnetic hold mode both after the control energy has been switched off and also after defects have occurred.
  • the method according to the invention is based on the fact that the magnet armature is pulled in and out via separate coil means.
  • the suit is operated by a main switch-off coil in a manner known per se according to process step C.
  • the drop-off normally takes place by discharging a previously charged charge store via a main switch-off coil according to process step E. If the waste operation via the main switch-off coil fails, the drop-off can take place via a redundant auxiliary switch-off coil.
  • test steps are carried out regularly in accordance with method step D by briefly energizing one of the switch-off coils without the magnet armature being moved from its holding position.
  • step B ensures, on the one hand, that the magnetic drive from the permanent magnetic holding mode passes safely into the dropped state of its magnet armature both when the control voltage is deliberately switched off and after the control voltage fails to fail.
  • the process ensures that the magnetic drive - such as
  • Broken wire in or to the coil means or defects in the control circuit - assuming or maintaining the dropped state.
  • the method only uses the energy for reloading the load storage and for supplying the electronic control circuit.
  • the shutdown coils are first tested advantageously only after the charge storage device has been sufficiently charged.
  • the permanent shutdown of the control voltage in the event of a fault is expediently triggered by a short circuit.
  • the brief current flow through the auxiliary shutdown coil can advantageously be detected as a brief voltage drop across a resistor.
  • the brief current flow through the main switch-off coil can be detected as a brief voltage drop on the charge storage device. After such a drop in voltage the cargo storage must still have sufficient cargo to carry out normal waste operations. In this case, it is advantageous to check the voltage across the charger storage with regard to compliance with a tolerance window during the voltage reduction in order to permanently switch off the control voltage as a precaution, even if the charging capacity decreases.
  • An advantageous further development of the method consists in checking whether an inductive voltage increase occurs at the switch-on coil when testing the switch-off coils, and initiating the permanent switch-off when there is no such voltage increase.
  • the absence of such a voltage increase is generally due to a permanent energization of the closing coil as a result of a defect.
  • a further advantageous further development consists in the constant monitoring of a microcontroller that is significantly involved in the implementation of the method and the maintenance or assumption of the dropped state by controlling one of the two shutdown coils in the event of a microcontroller failure, for example in the event of a program crash.
  • the retention acting on the magnet armature to secure the dropped state is expediently brought about by at least one return spring and / or by at least one additional permanent magnet.
  • the separate coil means in the form of a switch-on coil, a main switch-off coil and an auxiliary switch-off coil as redundancy to the main switch-off coil as well as switching elements connected to these coils, in conjunction with a control circuit, allow the magnetic drive to be optimally designed with regard to its switching behavior and its energy consumption.
  • current and voltage monitoring means are provided as sensors for regularly and alternately expected current surges, which during testing of the shutdown branches by brief, the associated shut-off elements should close without affecting the magnet armature. If the control voltage disappears - whether deliberately controlled or caused by a defect in the supply line - the main shutdown element is closed in order to return the magnet armature to the dropped position by discharging the charge storage via the main shutdown coil.
  • a microcontroiler connected to the detection means and the switching elements triggers a permanent interruption for the control voltage after a faulty test - if necessary after returning the magnet armature to the dropped position by closing the main or auxiliary shutdown element - in order to prevent the faulty drive arrangement from being switched on again.
  • the permanent breaker is designed in a simple manner as a short-circuit protection with a downstream short-circuit switching element.
  • a thermally responsive weak point in a conductor track can be provided.
  • An advantageous development results from an active low-pass filter arranged between the closing coil and the short-circuit switching element. If the switch-on branch is activated correctly in a pulse-controlled manner, a charging capacitor is charged and discharged alternately without reaching a charging voltage which triggers the short-circuit switching element. If the closing element closes continuously due to a defect, i.e. continuously conductive, then the charging capacitor quickly reaches a charging voltage triggering the short-circuit switching element.
  • the current monitoring means expediently consist of a current detection resistor arranged in series with the auxiliary switch-off coil and a downstream first amplifier circuit.
  • the voltage detection means advantageously consist of a high pass connected to the charge store and a second amplifier circuit arranged downstream.
  • the main shutdown branch When the main shutdown branch is tested, it is detected whether the voltage drop at the charge store caused by the current surge in the main shutdown coil lies within a predefinable window.
  • a further amplifier circuit provided in a further development of the circuit arrangement, signals from the charge capacitor to the microcontroiler that a minimum charge voltage required for testing the shutdown branches has been reached. It is also advantageous to connect the switch-on coil which can be activated in a pulse-controlled manner to a freewheeling circuit which can be deactivated outside of the tightening mode and to a fourth amplifier circuit which controls the deactivation function of the freewheeling circuit.
  • the fourth amplifier circuit detects the occurrence of brief voltage increases, which are induced in the switch-on coil by the current surges in one of the switch-off coils during the test of the switch-off branch in question. If the freewheeling circuit cannot be deactivated as a result of a defect, a short circuit occurs for the voltage increases to be expected, so that no voltage increases are signaled to the microcontroiler by the fourth amplifier circuit, which then triggers the permanent interrupter. This prevents additional charge from flowing out of the charge storage device as a result of the switch-on coil short-circuited via the non-deactivated freewheeling circuit, so that the remaining charge could no longer be sufficient to properly return the magnet armature.
  • the retaining means provided to secure the dropped state on the magnet armature are expediently designed as at least one return spring and / or at least one further permanent magnet.
  • FIG. 1 the representation of the inventive method in a flow chart
  • FIG. 2 the block diagram of a circuit arrangement according to the invention
  • FIG. 3 a detailed representation from FIG. 2
  • FIG. 4 a further detailed illustration from FIG. 2
  • Figure 5 Time diagrams to explain the method and the circuit arrangement. Best way to carry out the invention
  • the method described below with reference to FIG. 1 is used to operate a magnetic drive which, in a known manner, consists of a magnetic yoke, at least one permanent magnet connected to it, a magnet armature movable with respect to the magnetic yoke and electromagnetic coil means, and by means of a microcontroiler Control circuit is driven by a control voltage supplied by a control voltage source.
  • a retaining force securing the dropped state of the magnet armature is brought about by at least one return spring.
  • the flow chart shown in FIG. 1 is based on the initial state OFF of the method according to the invention, which corresponds to the dropped state of the armature.
  • the first method step A it is checked whether the control voltage Vi has risen to a value which differs substantially from zero. If this is the case, the control circuit Vi is reset and initialized in a defined initial state by the control voltage Vi. When the control voltage Vi is applied, charging of a charge storage device C1 begins.
  • a subsequent method step B the control circuit tests whether a main shutdown coil L3 and an auxiliary shutdown coil L4, which is redundant to it, are each capable of transferring the magnet armature from the holding state to the dropped state. Both shutdown coils L3, L4 are electromagnetically connected to the magnetic yoke.
  • the auxiliary shutdown coil L4 is activated for a time of 0.3 ms. If this test step proceeds positively, a current supplied by the control voltage source flows briefly through the auxiliary shutdown coil L4.
  • This current is detected as a voltage drop VR6 via a current detection resistor R6 connected to the auxiliary switch-off coil L4 and causes the control circuit to check whether the charging voltage VC1 across the charge storage device C1 has a predetermined sufficient level Has reached height. If the charge voltage VC1 is high enough, the process proceeds to the second test step of method step B. Here, the main shutdown coil L3 is driven for a time of 0.3 ms. If this test step proceeds positively, a current supplied by the charge store C1 flows briefly through the main shutdown coil L3, but this current still leaves sufficient charge in the charge store C1 to ensure proper waste operation. The brief current flow through the main shutdown coil L3 causes a brief voltage drop - ⁇ VC1 across the charge storage C1.
  • step C If the level of the voltage drop - ⁇ VC1 is determined within a predetermined voltage window, the method moves on to step C. If, however, in the first test step no voltage drop across the current detection resistor R6 or in the second test step no voltage drop across the charge storage C1 is found within the prescribed window, the control voltage Vi is permanently switched off by a short-circuit release. With the permanent shutdown of the control voltage Vi, the final state STILL is reached. After that there is no possibility to control the magnetic drive without previous repair. The absence of the voltage drop VR6 in the first test step means that it would not be possible to return the magnet armature to the dropped position by means of the redundant auxiliary shutdown coil L4 if necessary - namely if the magnet armature failed to be returned via the main shutdown coil.
  • the predetermined voltage window is not reached owing to the voltage drop - ⁇ VC1 via the charge store C1 in the second test step, it means that returning the attracted magnet armature to the dropped position via the main switch-off coil L3 would fail.
  • the voltage window is exceeded by the voltage drop - ⁇ VC1, the capacity of the charge storage C1 has decreased to such an extent that the storable charge is no longer sufficient to return the attracted magnet armature to the dropped position by discharging the charge storage C1 via the main switch-off coil L3.
  • the tightening operation is carried out according to method step C for the transition of the magnetic drive to the switched-on state.
  • a closing coil L1 is opened until the magnet armature reaches the tightened position and then deactivated again.
  • the magnet ker is now held only permanently magnetically.
  • the turn-on coil L1 and the turn-off coils L3, L4 are electromagnetically connected to the magnetic yoke.
  • the switch-on coil L1 is controlled in a known manner (for example in accordance with DE 299 09901 U1) in a pulse-width-modulated manner and is connected to an activatable freewheeling circuit FL.
  • the freewheeling circuit FL is activated with the pulse-controlled opening of the closing coil L1 and deactivated together with it.
  • the disconnection capability is tested in two steps in the subsequent method step D by means of the disconnection coils L3 and L4, without the magnet armature being moved from its holding position.
  • the auxiliary shutdown coil L4 or the main shutdown coil L3 is activated for 0.3 ms and upon the appearance of a voltage drop VR6 at the current detection resistor R6 connected to the auxiliary shutdown coil L4 or one in the predetermined voltage window-falling voltage drop - ⁇ VC1 is observed at the charge storage device C1 connected to the main shutdown coil L3. If the two test steps are positive, they are repeated with a certain period.
  • the magnet armature is first transferred to the dropped state by discharging the charge storage C1 by opening the main shutdown coil L3 and above the meanwhile reached state OFF by short-circuiting the Control voltage Vi the final state shut down. If, on the other hand, at any time during the second test steps no voltage drop across the charge storage device C1 is found within the prescribed window, the magnet armature is first brought into the dropped state by opening the auxiliary cut-off coil L4 fed by the control voltage source and OFF via the state that has been reached in the meantime by short-circuiting the control voltage Vi, the final state SHUTDOWN.
  • control voltage Vi is removed - be it intentionally controlled or due to a defect in the supply or the generation of the control voltage Vi - the waste operation is carried out in accordance with method step E.
  • the initial state OFF has now been assumed again, from which the process can be restarted by applying control voltage Vi again, starting with process step A.
  • an additional check is carried out to determine whether an induced voltage increase due to the short-time current in the main switch-off coil L3 and the electromagnetic coupling between the main switch-off coil L3 and the switch-on coil L1 occurs at the switch-on coil L1. If a substantial voltage increase + ⁇ VL1 is registered by the control circuit in the second test step, method step B proceeds to method step C or method step D is repeated periodically with the initiation of the first test step. If, however, no voltage increase + .DELTA.VL1 is found during the second test step of method step B, the final state SHUTDOWN is assumed by short-circuiting the control voltage Vi.
  • the magnet armature is first converted to the dropped state by opening the auxiliary shutdown coil L4 fed by the control voltage source, and then to the OFF state by short-circuiting the control voltage Vi the final state CLOSED.
  • the absence of the expected voltage increase + ⁇ VL1 during the second test step means that the freewheeling circuit FL is not inactive due to a defect and therefore represents a short circuit for induced voltage increases. This short circuit would also occur in normal waste operation according to method step E.
  • the microcontroller is also monitored using watchdog signals which, when properly operated, instructions of the microcontroller are continuously output by the latter.
  • Watchdog signals in connection with microcontrollers are known, for example, from US Pat. No. 5,214,560 A. If the watchdog signals fail, which occurs, for example, in the event of a program crash or in the event of a program hang-up, the charge store C1 is discharged via the main shutdown coil L3 in accordance with method step E and the initial state OFF is then restored.
  • the present invention is not restricted to the embodiment of the method described above, but also encompasses all embodiments having the same effect in the sense of the method claims.
  • the method can be modified in such a way that in method steps B and D the first and the second test steps are interchanged with regard to their chronological sequence.
  • Another possible modification is that the voltage increase + ⁇ VL1 to be expected in switch-on coil L1 is evaluated during the first test step of method step D, that is to say with regard to the inductive effect of the current flowing briefly through auxiliary switch-off coil L4, or during both test steps.
  • a modification within the scope of the invention is also that the restraint to be exerted on the magnet armature additionally or alternatively causes force by at least one further permanent magnet.
  • Retention springs for the retention force are listed, for example, in the aforementioned DE 101 33 713 C1. Further permanent magnets for the retention force are listed, for example, in the aforementioned EP 0721 650 B1.
  • the circuit arrangement described schematically below with reference to FIG. 2 serves to operate a magnetic drive, which is known to consist of a magnetic yoke, at least one permanent magnet arranged on the magnetic yoke, a magnet armature movably mounted on the magnetic yoke and at least one return spring.
  • the circuit arrangement contains, around the magnetic yoke, electromagnetic coil means L1, L3 and L4, a control circuit supplied and acted upon by a rectified control voltage Vi on the input side with a microcontroller MC and a capacitive charge store C1.
  • control voltage Vi When the control voltage Vi is applied, the magnet armature is attracted by the magnetic yoke with permanent magnet support against the restraining force, is held only permanently magnetically when the control voltage Vi is still present, and falls with a lower value if the control voltage Vi Support by the restraining force and against the permanent magnetic holding force by discharging the charge storage C1 from the yoke.
  • the control voltage Vi is obtained via supply connections S1 and S2 of an input circuit E1, which contains means for rectification and filtering or interference suppression, from a supply voltage Va to be applied externally to supply terminals AO and _A1.
  • the supply voltage Va can be obtained from a direct or an alternating voltage source and is switched on to initiate the tightening operation and switched off again to initiate the waste operation.
  • the potentially deep supply connection S2 is connected to the ground potential of the control circuit.
  • a control voltage controller BVi is connected to the high-level supply connection S1, which initializes the microcontroiler MC when the control voltage Vi has reached a sufficient level after the supply voltage Va has been applied.
  • An auxiliary shutdown branch from the series connection of an auxiliary shutdown coil L4, an electronic auxiliary shutdown element T4 and current monitoring means BI4 is directly connected to the
  • Supply connections S1, S2 connected. Starting from the high-level supply connection S1, the control voltage Vi is fed to the other circuit parts via a releasable permanent breaker DU.
  • a closing branch from the series connection of a closing coil L1 and an electronic closing element T1 is connected downstream of the permanent breaker.
  • a series circuit comprising a decoupling diode D8 which is polarized in the forward direction and a serial main shutdown branch formed from a main shutdown coil L3 and an electronic main shutdown element T3 is also connected downstream of the permanent interrupter.
  • the charge store C1 and voltage release means BV3 are both arranged parallel to the main shutdown branch L3-T3.
  • the switch-on branch L1-T1 and the main switch-off branch L3-T3 as well as the charge store C1 and the voltage detection means BV3 are fed by a switchable control voltage Vi 'which is equal to the control voltage Vi when the permanent breaker DU is open and zero when the permanent breaker is triggered.
  • Inputs of the microcontroller MC are connected to the current detection means BI4 and the voltage detection means BV3.
  • Outputs of the microcontroller MC are connected to the switching elements T1, T3 and T4 and to the permanent interrupter DU.
  • the decoupling diode D8 prevents charge from flowing out of the charge storage device C1 via the switch-on branch L1-T1 and via the auxiliary switch-off branch L4-T4-BI4.
  • the microcontroiler MC is programmed in such a way that it is initialized with a reset signal at the output of the control voltage controller BVi that occurs after application of the control voltage Vi with a delay, the auxiliary shutdown element T4 and then the main shutdown element T3 for test purposes to close, ie. to switch to the conductive state, activates the switch-on element T1 for transferring the magnet armature into the attracted position, activates it in a pulse-controlled manner and then deactivates it and, after the control voltage Vi has disappeared, closes the main shut-off element T4 to transfer the magnet armature to the dropped position, the electromagnetic return force resulting from the the main shutdown coil L3 flowing charge of the charge storage C1 is obtained.
  • the shutdown elements T3 and T4 are only tested for a short time, for example for 0.3 ms, so that this has no effect on the magnet armature. If the microcontroiler MC does not receive an output signal from the voltage detection means BV3 during the test activation of the main shutdown element T3, it closes the auxiliary shutdown element T4. The current then supplied by the supply connections S1, S2 through the auxiliary switch-off coil L4 leads the magnet armature from the holding position back to the dropped position - unless the magnet armature was still in the dropped position. Subsequently, the microcontroiler MC triggers the permanent breaker DU, so that the subsequent circuit parts are separated from the control voltage Vi.
  • the microcontroiler MC does not receive an input signal from the current detection means BI4 while the auxiliary shutdown element T4 is being driven, it closes the main shutdown element T3.
  • the current then supplied by the charge storage device C1 through the main switch-off coil L3 leads the magnet armature from the holding position back to the dropped position - unless the magnet armature was still in the dropped position.
  • the microcontroiler MC subsequently triggers the permanent breaker DU, so that the subsequent circuit parts are separated from the control voltage Vi.
  • An active low-pass filter AT the output of which is connected to the permanent interrupter DU, is connected to the switch-on coil L1 and the switch-on element T ⁇ 1.
  • the active low-pass filter AT charges itself alternately up and down when the switch-on element T1 is triggered in a pulse-controlled manner without reaching a predetermined trigger voltage. If the closing element T1 can no longer be blocked due to a defect, the active low-pass filter AT reaches the trigger voltage and thus triggers the permanent interrupter DU to separate the subsequent circuit parts from the control voltage Vi.
  • a free-wheeling circuit FL is arranged in a manner known per se parallel to the single-coil coil L1.
  • the freewheeling circuit FL would mean a considerable additional load for the charging capacitor C1 in waste operation due to the electromagnetic coupling via the counter-inductance between the turn-on coil L1 and the main turn-off coil L3. As a result of this additional load, the charge stored in the charge store C1 would no longer be sufficient to safely return the magnet armature to the dropped position.
  • the freewheeling circuit FL is therefore designed as an activatable freewheeling circuit which is activated and deactivated by the microcontroiler MC together with the switch-on element T1. That is, the freewheeling circuit FL deactivated outside of the tightening mode cannot load the charging capacitor C1 in the waste mode.
  • a voltage increase + .DELTA.VL1 is induced during the testing of the main shutdown branch L3-T3 due to the brief current flow through the main shutdown coil L3 and is signaled to the microcontroiler MC via further voltage detection means BV1. If there is no increase in voltage + ⁇ VL1 during the test activation of the main shutdown element T3, the auxiliary shutdown element T4 is switched on by the magnet armature to assume the a fallen state and then the duration breaker DU is triggered.
  • microcontroiler MC controls a Vatchdog monitoring circuit WC which, in the event of a fault in the microcontroiler MC, causes the magnet armature to be moved from the pull-in position into the drop position by closing the main shutdown element T3.
  • FIG. 3 and FIG. 4 show details of the circuit arrangement from FIG. 2 by way of example
  • Input circuit E1 consists on the input side of an interference suppression capacitor C10 and a voltage limiting resistor R35 and on the output side of a full-wave rectifier with rectifier diodes D11 to D14.
  • the control voltage Vi present at the output of the full-wave rectifier D11-D14 or at the supply connections S1, S2 reaches the control voltage Vi 'which can be switched off via the permanent interrupter DU.
  • the permanent interrupter DU consists of a short-circuit fuse F1 inserted in the control voltage line W1 and a subsequent semiconductor short-circuit switching element T6 arranged between the control voltage line W1 and the ground potential.
  • the microcontroiler MC supplies a short-circuit signal at an output LaO. CB CB via an integrated amplifier IV32 and a first OR iode D6 to the base electrode of the short-circuit switching element T6.
  • the control voltage Vi is fed via the control voltage controller BVi to a connection 5 A3 of the microcontroller MC and uses conventional means n and in connection with a connection A2 of the microcontroller MC to determine the readiness of the microcontroiler MC to switch on with regard to the control voltage Vi that is being built up and the pulse width during the pulse value-controlled activation the closing element T1.
  • the disconnectable control voltage Vi 'and the charging voltage VC1 across the charge storage C1 v are supplied separately to a switching power supply ST via decoupling diodes D21 and D20.
  • the switching power supply ST supplies the supply necessary for the voltage supply to the control circuit.
  • a reset circuit which in the usual way consists of an integrated amplifier IV7, an output-side integration capacitor (X28 and a feedback resistor R65.) With the build-up of the switchable voltage voltage Vi 'after application of the supply voltage Va, the amplifier IV7 generates a reset signal RES is sent to the RESET input of the microcontroller MC, what if the microcontroller
  • 25 roller MC is reset to a defined initial state.
  • the auxiliary shutdown branch consists of the auxiliary shutdown coil L4, the semiconductor auxiliary shutdown element T4 and the current monitoring resistor R6 arranged in its emitter circuit.
  • the microcontroiler MC gives a test at an output La2 and im
  • auxiliary shutdown signal ABr returning the magnet armature.
  • the auxiliary shutdown signal ABr is fed via an integrated amplifier IV31 and a series resistor R7 to the base electrode of the auxiliary shutdown element T4.
  • the auxiliary shutdown signal ABr has a duration of 0.3 ms, whereupon a brief current flows through the current detection wide R6
  • the voltage then formed across the current detection resistor R6 Voltage drop VR6 is fed via a first amplifier circuit IV21 as an auxiliary confirmation signal SD to an input B4 of the microcontroller MC.
  • the current detection resistor R6 and the first amplifier circuit IV21 correspond to the current detection means BI4 from FIG. 2.
  • the output of the amplifier IV31 also leads via a delay element, which consists of a delay resistor R9 and a delay capacitor C6, and a second OR diode D7 to the connection Base electrode of the short-circuit switching element T6.
  • the main shutdown branch consists of the main shutdown coil L3, the semiconductor main shutdown element T3 and a first surpressor diode D10 as a freewheeling circuit for the main shutdown coil L3.
  • the microcontroiler MC outputs a testing and, if necessary, a main shutdown signal AB returning the magnet armature at an output La1.
  • the main shutdown signal AB is supplied via an integrated amplifier IV42, a fourth OR diode D44 and a series resistor R18 to the base electrode of the main shutdown element T3 connected to divider resistors R66, R67.
  • the main shutdown signal AB has a duration of 0.3 ms, whereupon a measurable voltage drop - ⁇ VC1 should occur at the charge store C1.
  • the voltage drop - ⁇ VC1 is fed via a passive high pass, consisting of a differentiating capacitor C2, a bleeder resistor R_21 and a limiter diode D1, and a second amplifier circuit IV 2 as a confirmation signal SB to a connection A4 of the microcontroller MC.
  • the microcontroller MC monitors whether the voltage drop - ⁇ VC1 lies within a predetermined window.
  • a too low voltage drop - ⁇ VC1 means that a missing or too low coil current IL3 in the main waste coil L3 does not lead to a return of the magnet armature during the waste operation.
  • Too high a voltage drop - ⁇ VC1 means that the capacity of the charge store C1 is no longer sufficient to supply a sufficient current flow through the main waste coil L3 during waste operation.
  • a third amplifier circuit IV11 is also connected to the charge storage device C1 via a voltage divider consisting of the divider resistors R19, R20 and supplies a voltage control signal SA proportional to the charging voltage VC1 at its output to a connection A5 of the microcontroller MC.
  • the microcontroller IV1C uses the voltage control signal SA to check whether the charge storage MC has been sufficiently charged after applying the control voltage Vi to ensure the waste operation.
  • the high-pass filter C2-R21, the voltage divider R19-R20 and the second and third amplifier circuits IV12 and IV11 form the voltage detection means BV1 according to FIG. 2.
  • the microcontroiler MC periodically outputs watchdog signals WDG at an output La3, which are controlled by a watchdog monitoring circuit WC.
  • the watchdog monitoring circuit WC is known per se from publication WO 03 077396 A1 and contains a high-pass filter, a charging capacitor that can be discharged from a semiconductor switch in the rhythm of the watchdog signals WDG, and a voltage comparator.
  • the output of the watchdog monitoring circuit WC is connected to the series resistor R18 via a fifth OR diode. If the microcontroiler MC is faulty, the watchdog signals WDG remain off, whereupon the watchdog monitoring circuit WC initiates the waste operation by closing the main shutdown element T3.
  • the turn-on branch consists of the turn-on coil L1, the half-starter turn-on element T1, the activatable freewheeling circuit FL and a surpressor diode D9. which is used for additional surge protection.
  • the microcontroiler MC outputs a pulse-width-modulated switch-on signal AN via an output La4 and a resistor circuit R45 to R48.
  • the switch-on signal AN is fed via an integrated amplifier IV41 and a series resistor R17 to the base electrode of the switch-on element T1.
  • the activatable freewheeling circuit FL contains a high-pass downstream of the output of the amplifier IV41, which consists of a differentiating capacitor C4 and a bleeder resistor R13, a charging circuit consisting of a series connection of a rectifier diode D4 and a charging resistor R15, starting from the high-pass C4-R13 Charging capacitor C3, consisting of a limiter diode D3 and a discharge resistor R1 ⁇ 5, and a series circuit arranged in parallel with the switch-on coil L1 and consisting of a free-wheeling diode D2 and a semiconductor activation switching element T2, the gate electrode of which is connected to the charging capacitor C3.
  • the “pumping up” of the charge capacitor C3 begins in the rhythm of the pulses of the switch-on signal AN present at the amplifier IV41. After a few pulses of the switch-on signal AN, the voltage across the charge capacitor C3 has risen to such an extent that the activation switch element T2 closes and the Free-wheeling diode D2 is actively connected to switch-on coil L1. The free-wheeling circuit FL is now in the active state. When the switch-on signal AN ends, the charging capacitor C3 becomes again discharged via the discharge resistor R16, the freewheeling diode D2 being separated from the switch-on coil L1 by blocking the activation switching element T2. The freewheeling circuit FL is thus again in the inactive state.
  • a voltage divider R24-R25 leads from the connection point between switch-on coil L1, switch-on element T1 and activatable free-wheeling circuit FL to a fourth amplifier circuit IV91.
  • the voltage drop + ⁇ VL1 induced in the switch-on coil L1 when the freewheeling circuit FL is deactivated when the main shutdown branch L3-T3-D10 is tested is conducted via a fourth amplifier circuit IV91 as a blocking control signal SC to a connection A6 of the microcontroller MC.
  • the voltage divider R24-R25 and the fourth amplifier circuit IV91 correspond to the further voltage detection means BV1 according to FIG. 2.
  • a further voltage divider R11 -R12 leads to the base electrode of a switching transistor T5, the collector electrode of which is connected to a charging resistor R10 and a further charging capacitor C5.
  • a third OR diode D5 leads from the charging capacitor C5 to the base electrode of the short-circuit switching element T6. Outside the pull-in mode, the closing element T1 is blocked, as a result of which the charging capacitor C5 is discharged over the collector-em ' rter path of the switching transistor T5 closed by the closing coil L1 and the voltage divider R11-R12.
  • the switching pulses T5 are mutually closed and blocked by the voltage pulses occurring in the pulse rhythm of the switch-on signal AN via the switch-on element T1, so that no significant voltage can build up across the mutually charged and discharged charging capacitor C5.
  • the switch-on transistor T1 is permanently closed as a result of a defect, generally as a result of alloying, the switch transistor T5 is permanently blocked.
  • the charging capacitor C5 progressively charges up, the short-circuit switching element T5 is closed via the charging resistor R10, and with the subsequent triggering of the short-circuit fuse F1, the switchable control voltage Vi 'is permanently switched off.
  • the magnetic drive is secured against being switched on.
  • the voltage divider R11-R12, the switching transistor T5, the charging resistor R10 and the charging capacitor C5 together correspond to the active low-pass filter AT according to FIG. 2.
  • a trigger signal SE becomes one Input B3 of the microcontroller MC led.
  • controller MC switches off a main shutdown signal AB in order to return the magnet armature that may already have been tightened.
  • the circuit arrangement In addition to the function monitoring of the switch-on element T1 described above, the circuit arrangement also has further self-monitoring functions, which are described below and which ensure that the circuit arrangement and the magnetic drive change into a defined safety-relevant state.
  • a main confirmation signal SB that exceeds the specified window will appear output from the second amplifier circuit IV12.
  • the microcontroiler MC then first outputs an auxiliary shutdown signal ABr for returning the magnet armature to the dropped position and then a short circuit signal CB for the permanent shutdown of the switchable control voltage Vi '. The magnetic drive can then no longer be operated.
  • the activatable freewheeling circuit is always in the active state, after the test output of the main switch-off signal AB due to a barely detectable voltage increase + ⁇ VL1 at the switch-on coil L1, no lock-up control signal SC is output by the fourth amplifier circuit IV91.
  • the microcontroiler MC then first outputs an auxiliary shutdown signal ABr for returning the magnet armature to the dropped position and then a short circuit signal CB for the permanent shutdown of the switchable control voltage Vi '. The magnetic drive can then no longer be operated.
  • auxiliary confirmation signal SD is output by the first amplifier circuit IV21 due to the lack of a voltage drop VR6 at the current detection resistor R6.
  • the microcontroiler MC then first outputs a main shutdown signal AB for returning the magnet armature to the dropped position and then a short circuit signal CB for the permanent shutdown of the switchable control voltage Vi '. The magnetic drive can then no longer be operated.
  • auxiliary cut-off element T4 is alloyed, i.e. is permanently conductive, no voltage control signal SA is output by the third amplifier circuit IV11 after the control signal Vi is applied because the required charging voltage VC1 has not been reached via the charge store C1.
  • the microcontroiler MC then outputs a short circuit signal CB for permanently switching off the switchable control voltage Vi '. The magnetic drive can then no longer be operated.
  • the short-circuit switching element T6 After the short-circuit switching element T6 has been ground through, two alternative cases can occur with the breakdown of the control voltage Vi.
  • the main armature signal AB is used to return the magnet armature to the dropped position before the short-circuit protection F1 subsequently triggers.
  • the short-circuit protection device F1 triggers after the voltage dip detected by the fourth amplifier circuit IV91 has caused the microcontroiler MC to output an auxiliary shutdown signal ABr for returning the magnet armature.
  • the magnetic drive can no longer be operated in both cases. If the +5 V DC supply voltage fails, the watchdog signals WDG fail to return the magnet armature to the dropped position via the watchdog monitoring circuit WC.
  • the watchdog monitoring circuit WC and the integrated amplifier IV42 become inactive.
  • the magnet armature is returned to the dropped position. The magnetic drive can no longer be operated without restoring the DC supply voltages.
  • the time diagrams in FIG. 5 demonstrate both the course of the method according to the invention and the operation of the circuit arrangement according to the invention without the failure phenomena described above occurring.
  • the control voltage Vi is applied at the time tA
  • the charge voltage VC1 is built up by charging the charge store C1 in accordance with method step A, the level of the charge voltage VC1 being monitored by means of the voltage control signal SA.
  • Method step B begins at time tB1 with the output of an auxiliary shutdown signal ABr of 0.3 ms for testing the auxiliary shutdown circuit, whereupon an auxiliary confirmation signal SD is generated by the short-time current IL4 through the auxiliary shutdown coil L4.
  • a main switch-off signal AB for testing the main switch-off branch is output at a time tB2, whereupon a main confirmation signal SB is generated by the short-term voltage drop - ⁇ VC1 of the charging voltage VC1.
  • the short-time auxiliary shutdown current IL4 and the short-term main shutdown current IL3 induce voltages in the closing coil L1, which in the case of the voltage increase + ⁇ VL1 induced by the short-term main shutdown current IL3 is output with the blocking control signal SC.
  • Method step C begins at time tC1 and ends at time tC2 with the pulse-width-controlled switch-on signal AN. With the delayed decay of a current IL1 of considerable duration through the closing coil L1, the starting operation ends and the holding operation begins.
  • the auxiliary switch-off branch and the main switch-off branch are tested in periodic repetition during the holding operation with output of auxiliary switch-off signals ABr and main switch-off signals AB of 0.3 ms duration each at times tD1 and tD2.
  • help confirmation signals SD and main confirmation signals SB are output as a result of the brief timed coil currents IL4 or IL3 and the impressing of the induced voltage increases + ⁇ VL1 on the blocking control signal Sc due to the short-term coil current IL3.
  • the control voltage Vi is switched off at the time tE1
  • the holding operation ends and the waste operation begins in accordance with method step E.
  • the voltage increases impressed on the blocking control signal SC are caused both by the inductive coupling between the auxiliary switch-off coil L4 and the switch-on coil L1 and by the inductive coupling between the main switch-on coil L3 and the switch-on coil L1.
  • a modification within the scope of the invention also consists in the fact that the restraining force to be exerted on the magnet armature additionally or alternatively effects at least one further permanent magnet.
  • Retention springs for the retention force are listed, for example, in the aforementioned DE 101 33 713 C1.
  • Further permanent magnets for the retention force are listed, for example, in the aforementioned EP 0 721 650 B1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Magnetantriebes mit permanentmagnetischem Haltebetrieb. Das zu lösende Problem besteht in der sicheren Überführung des Magnetantriebes in den Abgefal­len-Zustand des Magnetankers sowohl nach Abschalten der Steuerspannung als auch nach Auftreten von Schaltungsdefekten. Dazu wird nach Anlegen der Steuer­spannung (Vi) eine Steuerschaltung initialisiert und das Aufladen eines Ladungs­speichers (C1) eingeleitet, eine Einschaltspule (L1) eingeschaltet sowie nach Ein­nahme des Haltezustandes wieder abgeschaltet und nach Wegnahme der Steuer­spannung (Vi) eine Hauptabschaltspule (L3) zum Entladen des Ladungsspeichers (C1) zwecks Überführung in den Abgefallen-Zustand eingeschaltet. Durch kurzzeiti­ges, regelmäßig wiederholtes Bestromen der Hauptabschaltspule (L3) und einer dazu redundanten Hilfsabschaltspule (L4) werden diese laufend getestet. Bei nega­tivem Testergebnis wird die jeweils andere Abschaltspule (L4) bzw. (L3) zum Errei­chen des Abgefallen-Zustandes eingeschaltet und anschließend die Steuerspan­nung (Vi) bleibend abgeschaltet.

Description

Verfahren und Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Magnetantriebes
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft sowohl ein Verfahren als auch eine Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Magnetantriebes, der aus Magnetjoch, mindestens einem magnet- jochseitig angeordneten Permanentmagneten, einem Magnetanker und eine Rückhaltekraft ausübenden Rückhaltmitteln besteht, weiterhin das Magnetjoch umgeben- de elektromagnetische Spulenmittel, eine eingangsseitig von einer gleichgerichteten Steuerspannung gespeiste und beaufschlagte sowie eine einen MikroController aufweisende Steuerschaltung und einen kapazitiven Ladungsspeicher enthält. Der Magnetanker wird ab Anlegen der Steuerspannung entgegen der Rückhaltekraft permanentmagnetisch unterstützt angezogen, bei weiterhin anliegender Steuerspannung ausschließlich permanentmagnetisch gehalten und fällt ab Wegfall der Steuerspannung mit Unterstützung durch die Rückhaltekraft sowie entgegen der permanentmagnetischen Haltekraft durch Entladen des Ladungsspeichers ab.
Stand der Technik
Magnetantriebe bestehen aus einem Magnetjoch, einer Antriebsspule und einem Magnetanker, der bei ausreichender Bestromung der Antriebspule vom Magnetjoch angezogen wird. Die Magnetantriebe finden Anwendung in elektromagnetischen Schaltgeräten - auch Schütze genannt - zum Verbinden und Trennen eines elektrischen Verbrauchers mit einem elektrischen Energienetz durch Schließen oder Öffnen der mit dem Magnetanker gekoppelten Hauptkontakte. Aus Gründen der Sicherheit verlangen die maßgeblichen Vorschriften für diese Schaltgeräte, bei energielosem Steuereingang des Magnetantriebes den Verbraucher vom Netz zu trennen. Elektromagnetische Schaltgeräte besitzen daher gewöhnlich Magnetantriebe, die im stromlosen Zustand der Antriebsspule die Hauptkontakte durch Rückstellfedern offen halten. Nachteilig bei derartigen Magnetantrieben ist, dass zum Geschlossenhalten der Hauptkontakte ein Haltestrom durch die Magnetspule und damit eine Halteleistung erforderlich ist, sodass während des Betriebes Verlustwärme entsteht, wofür die elektrische Anlage entsprechend thermisch ausgelegt werden muss. Aus der Druckschrift DE 101 29 153 A1 ist ein elektromagnetisches Ventil mit Absenkung von einem höheren Anzugsstrom auf einen niedrigeren Haltestrom bekannt. Sensormittel in Form eines magnetfeldsensitiven Schalters oder eines Stromsensors für den Spulenstrom dienen zur Erfassung des beim Schalten des Ventils sich ändernden Magnetspulenfeldes bzw. Magnetspulenstromes zur Umschaltung auf den Haltestrom. Nach DE 299 09901 ist eine Mikroprozessorsteuerung für einen Magnetantrieb bekannt, bei der durch Steuerung der Pulsbreite der Haltestrom minimiert wird. Ein nach DE 39 08 319 A1 bekanntes elektromagnetisches Schaltgerät weist zur Reduzierung der Anzugs- und der Halteleistung einen Permanentmagneten im
Magnetjoch auf. Ein nach DE 101 33 713 C1 bekannte Magnetantrieb weist ebenfalls einen Permanentmagneten im Joch auf, der allein für die nötige Haltekraft sorgt. Beim Abschalten der Steuerspannung wird eine bis daher über einen Hilfsmag netantrieb gehaltene mechanische Verriegelung gelöst, die daraufhin eine dem Perma- nentmagneten entgegenwirkende Federkraft zum Abfallen des Magnetankers freisetzt. Die vorgenannten Magnetantriebe erfordern allerdings noch eine erhebliche Halte- bzw. Hilfsleistung.
Die EP 0 721 650 B1 zeigt einen bistabilen Magnetantrieb mit zwischen einem Mag- netjoch und einem zweigeteilten Magnetanker angeordneten Permanentmagnete sowie mit zwei einzeln zu erregenden Magnetspulen. Bei jeder bistabilen Stellung des Magnetankers ist ein Flussweg mit niedriger Reluktanz und ein Flussweg mit hoher Reluktanz ausgebildet. Durch Bestromen der mit dem Flussweg hoher Reluktanz verketteten Magnetspule erfolgt die Bewegung des Magnetankers in die jeweils andere stabile Lage, wobei die Flusswege niedriger und hoher Reluktanz gegenseitig umkippen. Bei einer elektromagnetisch gesteuerten Ventilantriebsvorrichtung nach EP 0 376 715 B1 wird der Haltezustand allein durch einen Permanentmagneten im Magnetjoch bewirkt. Das Anziehen und Abfallen das Ankers wird dagegen durch entsprechend gepoltes kurzzeitiges Entladen eines Speicherkondensators bewirkt, der im vorangehenden Abgefallen-Zustand bzw. Haltezustand aufgeladen wurde. Aus der DE 199 58 888 A1 ist ein sogenannter Remanzantrieb bekannt, dessen Anker zwischen zwei gegenüberliegend und gegenpolig im Magnetjoch angeordneten Permanentmagneten zum einen die Ausschalt- und zum anderen die Einschaltposition einnimmt. Der Magnetanker wird durch kurzzeitiges Auf- oder Entla- den eines Kondensators von der einen in die andere Position bzw. umgekehrt be- wegt. Bei einem nach DE 201 13 647 U1 bekannten Magnetantrieb für ein elektromagnetisches Schaltgerät, ist in einem zweikreisigen Magnetjoch ebenfalls ein Permanentmagnet angeordnet, der allein die Haltekraft aufbringt. Zum Abfallen des Magnetankers wird ein während des Haltebetriebes aufgeladener Speicherkonden- sator über den Nebenkreis entladen. Bei den vorgenannten Magnetantrieben werden keine Maßnahmen zum sicheren Abfallen des Magnetankers bei Ausbleiben der Steuerenergie aufgezeigt.
Aus der Druckschrift DE 101 46 110 A1 ist eine elektronische Schaltungsanordnung mit einem MikroController zum Umsteuern eines Magnetantriebes vom elektromagnetischen Anzugsbetrieb in den permanentmagnetischen Haltebetrieb bekannt. Bei Wegfall der Steuerspannung wird der kurzzeitige Entladestrom eines Speicherkondensators zum Entmagnetisieren des Magnetkreises und damit zum Abfallen des Magnetankers verwendet. Es sind keine Mittel angegeben, die bei einem Defekt der Schaltungsanordnung ein Verharren des Magnetantriebes im Haltebetrieb verhindern. Nach DE 199 54037 A1 ist ein mikroprozessorgesteuerter Auslösemagnet eines Leistungsschalters mit permanentmagnetischer Haltekraft bekannt. Zur Überprüfung der Haltekraft wird die Auslösespule in regelmäßigen Abständen mit einem kurzzeitige Stromimpuls belastet. Bei nachlassender Haltekraft erfolgt zur Sicherheit eine vorzeitige Auslösung.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Magnetantrieb mit permanentmagnetischem Haltebetrieb sowohl nach Abschalten der Steuerenergie als auch nach Auftreten von Defekten sicher in den Abgefallen-Zustand zu überführen.
Ausgehend von einem Verfahren bzw. einer Schaltungsanordnung der eingangs ge- nannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß einerseits durch das nachfolgend beschriebene Verfahren, anderseits durch die nachfolgend beschriebene Schaltungsanordnung gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass das Anziehen und Abfallen des Magnetankers über gesonderte Spulenmittel erfolgt. Der Anzugsbetrieb erfolgt durch eine Hauptabschaltspule in an sich bekannter Weise gemäß Verfahrensschritt C. Das Abfallen erfolgt im Normalfall durch die Entladung eines zuvor geladenen Ladungsspeichers über eine Hauptabschaltspule gemäß Verfahrensschritt E. Bei Versagen des Abfallbetriebes über die Hauptabschaltspule kann das Abfallen über eine redundante Hilfs- abschaltspule erfolgen. Zur Gewährleistung einer hohen technischen Sicherheit erfolgen entsprechend Verfahrensschritt D regelmäßig Testschritte durch kurzzeitiges Bestromen jeweils einer der Abschaltspulen, ohne dass dabei der Magnetanker aus seiner Halteposition bewegt wird. Sollte beim Testen ein Versagen bezüglich des Abfallvermögens einer der Abschaltspulen festgestellt werden, wird zwangsweise das Abfallen des Magnet- ankers über die jeweils andere Abschaltspule eingeleitet. Anschließend erfolgt zwangsweise eine Dauerabschaltung der Steuerspannung, um ein erneutes Einschalten des fehlerhaften Magnetantriebsanordnung zu verhindern. Nach Einleitung des Verfahrens durch Anlegen der Steuerspannung mit Initialisierung der Steuerschaltung gemäß Ver- fohrensschritt A und noch vor Einleitung des Anzugsbetriebes erfolgen entsprechende Tests der Abschaltspulen mit nachfolgender Dauerabschaltung der Steuerspannung im
Falle eines Defektes gemäß Verfahrensschritt B. Das Verfahren gewährleistet zum einen, dass der Magnetantrieb aus dem permanentmagnetischen Haltebetrieb sowohl bei bewusstem Abschalten als auch nach fehlerhaftem Ausbleiben der Steuerspannung mit Sicherheit in den abgefallenen Zustand seines Magnetankers übergeht. Das Verfahren gewährleistet zum anderen, dass der Magnetantrieb bei festgestellten Fehlern - wie
Drahtbruch in bzw. zu den Spulenmitteln oder Defekten in der Steuerschaltung - den abgefallenen Zustand bleibend einnimmt oder beibehält. Das Verfahren verbraucht als Halteenergie lediglich die Energie zum Nachladen des Ladespeichers und zur Versorgung der elektronischen Steuerschaltung.
Um das Verfahrens gegenüber Änderungen der Steuerspannung und des Ladeverhaltens des Ladungsspeichers unempfindlicher zu machen, erfolgt das erstmalige Testen der Abschaltspulen vorteilhafterweise erst nach ausreichender Aufladung des Ladungsspeichers. Die Dauerabschaltung der Steuerspannung im Fehlerfall erfolgt zweckmäßi- gerweise durch Kurzschlussauslösung.
Einerseits lässt sich der kurzzeitige Stromfluss durch die Hilfsabschaltspule vorteilhaft als kurzzeitiger Spannungsabfall über einen Widerstand erfassen. Anderseits lässt sich der kurzzeitige Stromfluss durch die Hauptabschaltspule als kurzzeitige Spannungsabsen- kung an dem Ladungsspeicher erfassen. Nach einer derartigen Spannungsabsenkung muss der Ladungsspeicher noch ausreichend Ladung zum Durchfuhren des normalen Abfall betriebes aufweisen. Hierbei ist es von Vorteil, die Spannung über dem Laderspeicher hinsichtlich der Einhaltung eines Toleranzfensters während der Spannungsabsenkung zu überprüfen, um auch bei nachlassender Ladekapazität die Steuerspannung vor- sorglich dauernd abzuschalten.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens besteht darin, zu überprüfen, ob beim Testen der Abschaltspulen eine induktive Spannungserhöhung an der Einschaltspule auftritt, und beim Ausbleiben einer derartigen Spannungserhöhung die Dauerabschal- tung einzuleiten. Das Ausbleiben einer derartigen Spannungserhöhung ist im Allgemeinen auf eine dauernde Bestromung der Einschaltspule infolge eines Defektes zurückzuführen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht in der ständigen Überwachung eines bei der Durchführung des Verfahren maßgeblich beteiligten Mikrocontrollers und der Beibehaltung bzw. Einnahme des abgefallenen Zustandes durch Ansteuerung einer der beiden Abschaltspulen bei Ausfall des Mikrocontrollers, beispielsweise bei einem Programmabsturz.
Die zur Sicherung des abgefallenen Zustandes auf den Magnetanker einwirkende Rück- halte raft wird zweckmäßigerweise durch mindestens eine Rückstellfeder und/oder durch mindestens einen werteren Permanentmagneten hervorgerufen.
Weiterhin wird, ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art, die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des unabhängigen Anordnungsanspruches gelöst, während den nachgeordneten Ansprüchen vorteilhafte Weiterbildungen der Schaltungsanordnung zu entnehmen sind.
Die getrennten Spulenmittel in Form einer Einschaltspule, einer Hauptabschaltspule und einer Hilfsabschaltspule als Redundanz zur Hauptabschaltspule sowie mit diesen Spulen verbundene Schaltglieder gestatten in Verbindung mit einer Steuerschaltung eine optimale Auslegung des Magnetantriebes hinsichtlich seines Schaltverhaltens und seines Energieverbrauchs. Weiterhin sind Strom- und Spannungs- überwachungsmittel als Sensoren für regelmäßig und abwechselnd zu erwartende Stromstöße vorgesehen, die beim Testen der Abschaltzweige durch kurzzeitiges, ohne Auswirkung auf den Magnetanker bewirktes Schließen der zugehörigen Abschaltglieder auftreten sollten. Bei Verschwinden der Steuerspannung - ob bewusst gesteuert oder durch einen Defekt in der zuführenden Versorgungsleitung hervorgerufen - wird das Hauptabschaltglied geschlossen, um durch Entladen des Ladungs- Speichers über die Hauptabschaltspule den Magnetanker in die abgefallene Stellung zurückzuführen. Ein mit den Erfassungsmitteln und den Schaltgliedern verbundener Mikrocontroiler löst nach einem fehlerhaften Test - gegebenenfalls nach Rückführung des Magnetanker in die abgefallene Stellung durch Schließen des Haupt- oder des Hilfsabschaltgliedes - einen Dauerunterbrecher für die Steuerspannung aus, um ein Wiedereinschalten der fehlerhaften Antriebsanordnung zu verhindern.
Der Dauerunterbrecher ist in einfacher Weise als Kurzschlusssicherung mit einem nachgeschalteten Kurzschlussschaltglied ausgeführt. Alternativ zur Kurzschlusssicherung kann eine thermisch ansprechende Schwachstelle einer Leiterbahn vorge- sehen sein. Eine vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich aus einem zwischen der Einschaltspule und dem Kurzschlussschaltglied angeordneten aktiven Tiefpass. Bei ordnungsgemäß pulsgesteuert aktiviertem Einschaltzweig wird ein Ladekondensator wechselseitig auf- und abgeladen, ohne eine für das Kurzschlussschaltglied auslösende Ladespannung zu erreichen. Sollte das Einschaltglied infolge eines Defektes ständig geschlossen, d.h. dauernd leitend sein, dann erreicht der Ladekondensator in kurzer Zeit eine das Kurzschlussschaltglied auslösende Ladespannung.
Zweckmäßigerweise bestehen die Stromüberwachungsmittel aus einem in Reihe mit der Hilfsabschaltspule angeordneten Stromerfassungswiderstand und einer nachge- ordneten ersten Verstärkerschaltung.
Vorteilhafterweise bestehen die Spannungserfassungsmittel aus einem mit dem Ladungsspeicher verbundenen Hochpass und einer nachgeordneten zweiten Verstärkerschaltung. Beim Testen des Hauptabschaltzweiges wird erfasst, ob die durch den Stromstoss in der Hauptabschaltspule verursachte Spannungsabsenkung am Ladungsspeicher innerhalb eines vorgebbaren Fensters liegt. Eine in Weiterbildung der Schaltungsanordnung vorgesehene weitere vom Ladungskondensator ausgehende, dritte Verstärkerschaltung signalisiert dem Mikrocontroiler das Erreichen einer für das Testen der Abschaltzweige erforderlichen Mindestladespannung. Es ist außerdem von Vorteil, die pulsgesteuert aktivierbare Einschaltspule mit einem außerhalb des Anzugsbetriebes deaktivierbaren Freilaufkreis und mit einer die Deaktivie- rungsfunktion des Freilaufkreises kontrollierenden, vierten Verstärkerschaltung zu verbinden. Die vierte Verstärkerschaltung detektiert das Auftreten von kurzzeitigen Span- nungserhöhungen, die durch die Stromstöße in einer der Abschaltspulen während des Testeπs des betreffenden Abschalfzweiges in der Einschaltspule induziert werden. Bei infolge eines Defektes nicht deaktivierbarem Freilaufkreis entsteht ein Kurzschluss für die zu erwartenden Spannungserhöhungen, sodass von der vierten Verstärkerschaltung keine Spannungserhöhungen an den Mikrocontroiler signalisiert werden, worauf dieser den Dauerunterbrecher auslöst. Damit wird verhindert, dass im Abfallbetrieb zusätzlich Ladung infolge der über den nicht deaktivierten Freilaufkreises kurzgeschlossenen Einschaltspule vom Ladungsspeicher abfließt, sodass die verbleibende Ladung nicht mehr zum ordnungsgemäßen Zurückfuhren des Magnetankers ausreichen könnte.
Die zur Sicherung des abgefallenen Zustandes auf den Magnetanker vorgesehenen Rückhaltemittel sind zweckmäßigerweise als mindestens eine Rückstellfeder und/oder mindestens ein weiterer Permanentmagnet ausgebildet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem folgenden, anhand von Figuren erläuterten Ausführungsbeispiel. Es zeigen
Figur 1: die Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Ablaufdiagramm; Figur 2: die Blockdarstellung einer erfinduπgsgemäßen Schaltungsanordnung; Figur 3: eine Detaildarstellung aus Fig. 2; Figur 4: eine weitere Detaildarstellung aus Fig. 2; Figur 5: Zeitdiagramme zur Erläuterung des Verfahrens und der Schaltungsanordnung. Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
Das nachfolgend anhand von Fig. 1 beschriebene Verfahren dient zum Betreiben eines Magnetantriebes, der in bekannter Weise aus einem Magnetjoch, mindestens ei- nem mit diesem verbundenen Permanentmagneten, einem gegenüber dem Magnetjoch beweglichen Magnetanker und elektromagnetischen Spulenmitteln und besteht, und mittels einer einen Mikrocontroiler aufweisenden Steuerschaltung durch eine von einer Steuerspannungsquelle gelieferte Steuerspannung angesteuert wird. Eine den abgefallenen Zustand des Magnetankers sichernde Rückhaltekraft wird durch mindestens einer Rückstellfeder bewirkt. Durch das Verfahren wird der permanentmagnetisch unterstützte elektromagnetische Anzugsbetrieb entgegen der Rückhaltekraft, der ausschließlich permanentmagnetische Haltebetrieb und der durch die Rückhaltekraft unterstützte, elektromagnetisch entgegen die permanentmagnetische Haltekraft bewirkte Abfallbetrieb in energiesparender und sicherer Weise durchge- führt.
Das in Fig. 1 dargestellte Ablaufdiagramm geht von dem den abgefallenen Zustand des Magnetankers entsprechenden Ausgangzustand AUS des erfindungsgemäßen Verfahrens aus. Im ersten Verfahrensschritt A wird geprüft, ob die Steuerspannung Vi auf einen wesentlich von Null sich unterscheidenden Wert angestiegen ist. Wenn das der Fall ist, wird durch die Steuerspannung Vi die Steuerschaltung in einen definierten Anfangszustand zurückgesetzt und initialisiert. Mit Anlegen der Steuerspannung Vi beginnt das Aufladen eines Ladungsspeichers C1.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt B wird von der Steuerschaltung getestet, ob eine Hauptabschaltspule L3 und eine zu dieser redundante Hilfsabschaltspule L4 jede für sich zum Überführen des Magnetankers aus dem Haltezustand in den abgefallenen Zustand in der Lage sind. Beide Abschaltspulen L3, L4 sind elektromagnetisch mit dem Magnetjoch verbunden. Dazu wird in einem ersten Testschritt des Ver- fahrenschrittes B die Hilfsabschaltspule L4 für eine Zeit von 0,3 ms angesteuert. Bei positivem Verlauf dieser Testschrittes fließt kurzzeitig ein von der Steuerspannungsquelle gelieferter Strom durch die Hilfsabschaltspule L4. Dieser Strom wird als Spannungsabfall VR6 über einen mit der Hilfsabschaltspule L4 verbundenen Stromerfassungswiderstand R6 erfasst und veranlasst die Steuerschaltung zu prüfen, ob die Ladespannung VC1 über dem Ladungsspeicher C1 eine vorgegebene ausreichende Höhe erreicht hat. Bei ausreichender Höhe der Ladespannung VC1 wird zum zweiten Testschritt des Verfahrensschrittes B übergegangen. Hierin wird die Hauptabschaltspule L3 für eine Zeit von 0,3 ms angesteuert. Bei positivem Verlauf dieses Testschrittes fließt durch die Hauptabschaltspule L3 kurzzeitig ein vom Ladungs- Speicher C1 gelieferter Strom, der jedoch in dem Ladungsspeicher C1 noch eine ausreichende Ladung belässt, um den ordnungsgemäßen Abfallbetrieb zu gewährleisten. Der kurzzeitige Stromfluss durch die Hauptabschaltspule L3 verursacht eine kurzzeitige Spannungsabsenkung -ΔVC1 über dem Ladungsspeicher C1. Wird die Höhe der Spannungsabsenkung -ΔVC1 innerhalb eines vorgegebenen Spannungs- fensters festgestellt, wird zum Verfahrensschritt C übergegangen. Sollte allerdings im ersten Testschritt kein Spannungsabfall über dem Stromerfassungswiderstand R6 oder im zweiten Testschritt keine Spannungsabsenkung über dem Ladungsspeicher C1 innerhalb des vorgeschriebenen Fensters festgestellt werden, wird über eine Kurzschlussauslösung die Steuerspannung Vi bleibend abgeschaltet. Mit der Dauer- abschaltung der Steuerspannung Vi wird der Endzustand STILLGELEGT erreicht. Danach besteht ohne vorhergehende Reparatur keine Möglichkeit, den Magnetantrieb anzusteuern. Das Ausbleiben des Spannungsabfalls VR6 im ersten Testschritt bedeutet, dass ein Zurückführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung mittels der redundanten Hilfsabschaltspule L4 im Bedarfsfalle — nämlich dann, wenn das Zurückführen des Magnetankers über die Hauptabschaltspule misslingt - ebenfalls nicht möglich wäre. Ein Nichterreicheπ des vorgegebenen Spannungsfensters durch die Spannungsabsenkung -ΔVC1 über den Ladungsspeicher C1 im zweiten Testschritt bedeutet, dass ein Zurückführen des angezogenen Magnetankers in die abgefallene Stellung über die Hauptabschaltspule L3 fehlschlagen würde. Ein Über- schreiten des Spannungsfensters durch die Spannungsabsenkung -ΔVC1 bedeutet dagegen, dass die Kapazität des Ladungsspeichers C1 soweit abgesunken ist, dass die speicherbare Ladung nicht mehr zum Zurückführen des angezogenen Magnetankers in die abgefallene Stellung durch Entladen des Ladungsspeichers C1 über die Hauptabschaltspule L3 ausreicht.
Nachdem die Steuerschaltung den erfolgreichen Ablauf der Testschritte im Verfahrensschritt B registriert hat, wird der Anzugsbetrieb gemäß dem Verfahrensschritt C zum Übergang des Magnetantriebes in den eingeschalteten Zustand durchgeführt. Hierzu wird eine Einschaltspule L1 bis zum sicheren Erreichen der angezogenen Po- sition des Magnetankers aufgesteuert und danach wieder deaktiviert. Der Magnetan- ker wird nun ausschließlich permanentmagnetisch gehalten. Die Einschaltspule L1 und die Abschaltspulen L3, L4 sind elektromagnetisch mit dem Magnetjoch verbunden. Die Einschaltspule L1 wird in bekannter Weise (beispielsweise entsprechend DE 299 09901 U1) pulsweitenmoduliert aufgesteuert und ist mit einem aktivierbaren Freilaufkreis FL verbunden. Der Freilaufkreis FL wird mit der pulsgesteuerten Auf- steueruπg der Einschaltspule L1 aktiviert und zusammen mit dieser deaktiviert. Mit Ablauf des Verfahrenschrittes C wird der eingeschaltete Zustand EIN eingenommen.
Während des mit dem Zustand EIN beginnenden Haltebetriebes wird im darauffol- genden Verfahrensschritt D in zwei Schritten das Abschaltvermögen mittels der Abschaltspulen L3 und L4 getestet, ohne dass dabei der Magnetanker aus seiner Halteposition bewegt wird. Analog zum Verfahrensschritt B wird im ersten bzw. zweiten Testschritt des Verfahrensschrittes D die Hilfsabschaltspule L4 bzw. die Hauptabschaltspule L3 für 0,3 ms aufgesteuert und auf das Erscheinen eines Span- nungsabfalls VR6 an dem mit der Hilfsabschaltspule L4 verbundenen Stromerfassungswiderstand R6 bzw. einer in das vorgegebene Spannungsfenster fallenden Spannungsabsenkung -ΔVC1 an dem mit der Hauptabschaltspule L3 verbundenen Ladungsspeicher C1 beobachtet. Bei positivem Verlauf der beiden Testschritte werden diese mit einer gewissen Periode wiederholt. Wird jedoch zu irgend einem Zeit- punkt während der ersten Testschritte kein Spannungsabfall über dem Stromerfassungswiderstand R6 festgestellt, dann wird zunächst der Magnetanker durch Entladen des Ladungsspeichers C1 über Aufsteuerung der Hauptabschaltspule L3 in den abgefallenen Zustand überfuhrt und über dem zwischenzeitlich erreichten Zustand AUS durch Kurzschließen der Steuerspannung Vi der Endzustand STILLGELEGT eingenommen. Wird dagegen zu irgend einem Zeitpunkt während der zweiten Testschritte keine Spannungsabsenkung über dem Ladungsspeicher C1 innerhalb des vorgeschriebenen Fensters festgestellt, dann wird zunächst der Magnetanker durch Aufsteuern der von der Steuerspannungsquelle gespeisten Hilfsabschaltspule L4 in den abgefallenen Zustand überführt und über den zwischenzeitlich erreichten Zu- stand AUS durch Kurzschließen der Steuerspannung Vi der Endzustand STILLGELEGT eingenommen.
Mit Wegnahme der Steuerspannung Vi - sei es gewollt gesteuert oder durch einen Defekt in der Zuführung oder der Erzeugung der Steuerspannung Vi - wird der Ab- fallbetrieb gemäß Verfahrensschritt E durchgeführt. Hierbei wird der Ladungskon- densator C1 über die aufgesteuerte Hauptabschaltspule L3 entladen, womit der Magnetanker in die abgefallene Stellung bzw. der Magnetantrieb in den ausgeschalteten Zustand übergeht. Nun ist wieder der Ausgangszustand AUS eingenommen worden, aus dem durch erneutes Anlegen der Steuerspannung Vi das Verfah- ren, beginnend mit dem Verfahrensschritt A, erneut gestartet werden kann.
Während des zweiten Testschrittes in den Verfahrensschritten B und D wird zusätzlich überprüft, ob an der Einschaltspule L1 ein induzierte Spannungserhöhung infolge des kurzzeitigen Stromes in der Hauptabschaltspule L3 und der elektromagnetischen Kopp- lung zwischen der Hauptabschaltspule L3 und der Einschaltspule L1 auftritt. Wenn eine wesentliche Spannungserhöhung +ΔVL1 im zweiten Testschritt von der Steuerschaltung registriert wird, wird vom Verfahrenschritt B zum Verfahrensschritt C übergegangen bzw. der Verfahrensschritt D mit Einleitung des ersten Testschrittes periodisch wiederholt. Wenn allerdings während des zweiten Testschrittes von Verfahrensschritt B keine Span- nungserhöhung +ΔVL1 festgestellt wird, wird durch Kurzschließen der Steuerspannung Vi der Endzustand STILLGELEGT eingenommen. Wenn dagegen während eines der zweiten Testschritte nach Verrahrensschritt D keine Spannungserhöhung +ΔVL1 an der Einschaltspule L1 festgestellt wird, wird zuerst der Magnetanker durch Aufsteuern der von der Steuerspannungsquelle gespeisten Hilfsabschaltspule L4 in den abgefallenen Zustand überfuhrt und über den somit erreichten Zustand AUS durch Kurzschließen der Steuerspannung Vi der Endzustand STILLGELEGT eingenommen. Das Ausbleiben der zu erwartenden Spannungserhöhung +ΔVL1 während des zweiten Testschrittes bedeutet, dass der Freilaufkreis FL infolge eines Defektes nicht inaktiv ist, und damit ein Kurzschluss für induzierte Spannungserhöhungen darstellt. Dieser Kurzschluss würde auch im normalen Abfallbetrieb gemäß Verfahrensschritt E auftreten. Wegen der elektromagnetischen Kopplung zwischen der Einschaltspule L1 und der Hauptabschaltspule L3 würde dieser Kurzschluss während der Entladung des Ladungsspeichers C1 über die Hauptabfallspule L3 im Verfahrensschritt E zu einer erheblichen Minderung der Magnetfeldstärke im Magnetjoch gegenüber der bei inaktivem Freilaufkreis FL auftretenden Magnetfeldstärke führen. Durch eine solchermaßen verminderte Magnetfeldstärke ist nicht mehr das sichere Zurückführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung gewährleistet.
Mit Beendigung von Verfahrensschritt A findet zusätzlich eine Überwachung des Mik- rocontrollers mithilfe von Watchdog-Signalen statt, die bei ordnungsgemäßer Ar- beitsweise des Mikrocontrollers laufend von diesem ausgegeben werden. Watchdog- Signale im Zusammenhang mit MikroControllern sind z.B. aus der US 5,214,560 A bekannt. Bei Ausbleiben der Watchdog-Signale, was z.B. bei einem Programmabsturz oder bei einer Programmaufhängung erfolgt, wird der Ladungsspeicher C1 ge- maß Verfahrensschritt E über die Hauptabschaltspule L3 entladen und danach wieder der Ausgangszustand AUS eingenommen.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebene Ausführungsform des Verfahrens beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Verfah- rensansprüche gleichwirkenden Ausführungsformen. So kann das Verfahren beispielsweise dahingehend abgewandelt werden, dass in den Verfahrensschritten B und D die ersten und die zweiten Testschritte hinsichtlich ihrer zeitlichen Aufeinanderfolge vertauscht werden. Eine weitere Abwandlungsmöglichkeit besteht darin, dass das Auswerten einer in der Einschaltspule L1 zu erwartenden Spannungserhö- hung +ΔVL1 während des ersten Testschrittes von Verfahrensschritt D, also hinsichtlich der induktiven Wirkung des durch die Hilfsabschaltspule L4 kurzzeitig fließenden Stromes, oder während beider Testschritte erfolgt. Eine Abwandlung im Rahmen der Erfindung besteht noch darin, dass die auf den Magnetanker auszuübende Rückhalte kraft zusätzlich oder alternativ durch mindestens einen weiteren Permanentmagneten bewirkt. Rückhaltefedern für die Rückhaltekraft sind beispielsweise in der bereits genannten DE 101 33 713 C1 aufgeführt, Weitere Permanentmagneten für die Rückhaltekraft sind beispielsweise in der bereits genannten EP 0721 650 B1 aufgeführt.
Die nachfolgend anhand von Fig. 2 schematisch beschriebene Schaltungsanordnung dient zum Betreiben eines Magnetantriebes, der bekannterweise aus einem Magnetjoch, mindestens einem am Magnetjoch angeordneten Permanentmagneten, einem beweglich am Magnetjoch gelagerten Magnetanker und mindestens einer Rückstellfeder besteht. Die Schaltungsanordnung enthält um das Magnetjoch angeordnete elektromagnetische Spulenmittel L1 , L3 und L4, eine eingangsseitig von einer gleichgerichteten Steuerspannung Vi versorgte und beaufschlagte Steuerschaltung mit einem MikrocontrOller MC und einem kapazitiven Ladungsspeicher C1. Der Magnetanker wird mit Anlegen der Steuerspannung Vi entgegen der Rückhaltekraft permanentmagnetisch unterstützt vom Magnetjoch angezogen, wird bei weiterhin anliegender Steuerspannung Vi ausschließlich permanentmagnetisch gehalten und fällt bei Wegfall der Steuerspannung Vi mit Unter- stützung durch die Rückhaltekraft sowie entgegen der permanentmagnetischen Haltekraft durch Entladen des Ladungsspeichers C1 vom Joch ab. Die Steuerspannung Vi wird über Speiseanschlüsse S1 und S2 einer Eingangsschaltung E1, die Mittel zum Gleichrichten und Filtern bzw. Entstören enthält, aus einer von außen an Versorgungs- klemmen AO und _A1 anzulegenden Versorgungsspannung Va gewonnen. Die Versorgungsspannung Va kann aus einer Gleich- oder einer Wechselspannungsquelle bezogen werden und wird zum Einleiten des Anzugsbetriebes eingeschaltet und zum Einleiten des Abfall etriebes wieder abgeschaltet. Der potenzialmäßig tiefliegende Speisean- schluss S2 ist mit dem Massepotenzial der Steuerschaltung verbunden. Mit dem hochlie- genden Speiseanschluss S1 ist ein Steuerspannungscontroller BVi verbundenen, der beim Erreichen einer ausreichenden Höhe der Steuerspannung Vi nach Anlegen der Versorgungsspannung Va den Mikrocontroiler MC initialisiert.
Ein Hilfsabschaltzweig aus der Reihenschaltung einer Hilfsabschaltspule L4, einem elekt- ronischen Hilfsabschaltglied T4 und Stromüberwachungsmitteln BI4 ist direkt mit den
Speiseanschlüssen S1, S2 verbunden. Ausgehend von dem hochliegenden Speiseanschluss S1 wird die Steuerspannung Vi über einen auslösbaren Dauerunterbrecher DU den übrigen Schaltungsteilen zugeführt. Ein Einschaltzweig aus der Reihenschaltung einer Einschaltspule L1 und einem elektronischen Einschaltglied T1 ist dem Dauerunter- brecher nachgeschaltet. Dem Dauerunterbrecher ist weiterhin eine Reihenschaltung aus einer in Durchlassrichtung gepolten Entkoppeldiode D8 und einem aus einer Hauptabschaltspule L3 und einem elektronischen Hauptabschaltglied T3 gebildeten seriellen Hauptabschaltzweig nachgeschaltet. Der Ladungsspeicher C1 und Spannungserias- sungsmittel BV3 sind beide parallel zum Hauptabschaltzweig L3-T3 angeordnet. Der Einschaltzweig L1-T1 und der Hauptabschaltzweig L3-T3 sowie der Ladungsspeicher C1 und die Spannungserfassungsm ttel BV3 werden von einer abschaltbaren Steuerspannung Vi' gespeist, die bei durchlässigem Dauerunterbrecher DU gleich der Steuerspannung Vi und bei ausgelöstem Dauerunterbrecher gleich Null ist. Eingänge des Mikrocontrollers MC sind mit den Stromerfassungsmitteln BI4 und den Spannungserfassungsmϊt- teln BV3 verbunden. Ausgänge des Mikrocontrollers MC sind mit den Schaltglieder T1 , T3 und T4 sowie mit dem Dauerunterbrecher DU verbunden. Durch die Entkoppeldiode D8 wird verhindert, dass Ladung vom Ladungsspeicher C1 über die Einschaltzweig L1 - T1 und über den Hilfsabschaltzweig L4-T4-BI4 abfließen kann. Der Mikrocontroiler MC ist so programmiert, dass er mit einem nach Anlegen der Steuerspannung Vi mit Verzögerung auftretenden Rücksetzsignal am Ausgang des Steuerspannungscontrollers BVi initialisiert wird, das Hilfeabschaltglied T4 und darauf das Hauptabschaltglied T3 testweise zum Schließen, d-h. zum Versetzen in den leitenden Zustand, ansteuert, das Einschaltglied T1 zum Überführen des Magnetankers in die angezogene Stellung pulsgesteuert aktiviert und danach deaktiviert und nach Wegfall der Steuerspannung Vi das Hauptabschaltglied T4zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung schließt, wobei die elektromagnetische Rückfijhrkraft aus der durch die Hauptabschaltspule L3 abfließenden Ladung des Ladungsspeichers C1 gewonnen wird. Das tesfweise Schließen der Abschaltglieder T3 und T4 geschieht nur für eine kurze Zeit, beispielsweise für 0,3 ms, sodass dies keine Auswirkung auf den Magnetanker hat. Wenn der Mikrocontroiler MC während des. testweisen Ansteuems des Hauptabschaltgliedes T3 kein Ausgangssignal von den Spannungserfassungsmitteln BV3 empfängt, schließt er das Hilfsabschaltglied T4. Der daraufhin von den Speiseanschlüssen S1, S2 gelieferte Strom durch die Hilfsabschaltspule L4 führt den Magnetanker aus der Haltestellung in die abgefallene Stellung zurück -es sei denn, der Magnetanker befand sich noch in der abgefallenen Stellung. Nachfolgend löst der Mikrocontroiler MC den Dauerunterbrecher DU aus, sodass die nachfolgenden Schaltungsteile von der Steuerspannung Vi getrennt sind. Wenn der Mikrocontroiler MC dagegen während des tesfwei- sen Ansteuems des Hilfsabschaltgliedes T4 kein Atisgangssignal von den Stromerfas- sungsmrtteln BI4 empfangt, schließt er das Hauptabschaltglied T3. Der daraufhin von dem Ladungsspeicher C1 gelieferte Strom durch die Hauptabschaltspule L3 führt den Magnetanker aus der Haltestelluπg in die abgefalle nen Stellung zurück — es sei denn, der Magnetanker befand sich noch in der abgefallenen Stellung. Auch in diesem Falle löst nachfolgend der Mikrocontroiler MC den Dauerunterbrecher DU aus, sodass die nachfolgenden Schaltungsteile von der Steuerspannung Vi getrennt sind.
Mit der Einschaltspule L1 und dem Einschaltglied T~1 ist ein aktiver Tiefpass AT verbunden, dessen Ausgang mit dem Dauerunterbrecher DU verbunden ist. Der aktive Tiefpass AT lädt sich bei pulsgesteuerter Aufsteuerung des Einschaltgliedes T1 abwechselnd auf und ab, ohne dabei eine vorgegebene Auslösespannung zu erreichen. Kann das Einschaltglied T1 infolge eines Defektes nicht mehr gesperrt werden, so erreicht der aktive Tiefpass AT die Auslösespannung und löst damit den Dauerunterbrecher DU zur Trennung der nachfolgenden Schaltungsteile von der Steuerspannung Vi aus. Zum Schutz des Einschaltgliedes T1 vor Überspannungen und zum schnellen Abbau der magnetischen Energie ist parallel zur Einschialtspule L1 in an sich bekannter Weise ein Freilaufkreis FL angeordnet. Der Freilaufkreϊs FL würde im Abfallbetrieb wegen der elektromagnetischen Kopplung über die Gegeniπduktivrtät zwischen Einschaltspule L1 und Hauptabschaltspule L3 eine erhebliche Zusatzbelastung für den Ladekondensator C1 bedeuten. Durch diese Zusatzbelastung würde die auf dem Ladungsspeicher C1 gespeicherte Ladung nicht mehr ausreichen, um den Magnetanker sicher in die abgefallene Stellung zurückzuführen. Daher ist der Freilaufkreis FL als aktivierbarer Freilaufkreis ausgebildet, der vom Mikrocontroiler MC zusammen mit dem Einschaltglied T1 aktiviert und deaktiviert wird. Das heißt, der außerhal b des Anzugsbetriebes deaktivierte Freilaufkreis FL kann den Ladekondensator C1 im Abfallbetrieb nicht belasten. Im deaktivierten Zustand des Freilaufkreises FL wird während des Testens des Hauptabschaltzweiges L3-T3 infolge des kurzzeitigen Stromflusses durch die Hauptabschaltspule L3 eine Spannungserhohung +ΔVL1 induziert, die über weitere Spannungserfassungsmittel BV1 dem Mikrocontroiler MC signalisiert wird. Beim Ausbleiben der Spannungserhöhung +ΔVL1 während der testweisen Ansteuerung des Hauptabschaltgliedes T3 wird das Hilfsabschaltglied T4 zum Einnehmen des a gefallenen Zustandes durch den Magnetanker eingeschaltet und danach der Dauern nterbrecher DU ausgelöst.
Weiterhin wird vom Mikrocontroiler MC eine Vatchdog-Überwachungsschaltung WC angesteuert, die bei Störung des Mikrocontroiler MC die Überführung des Magnetankers aus der Anzugsposition in die Abfallstellung durch Schließen des Hauptabschaltgliedes T3 bewirkt.
Fig. 3 und Fig.4 zeigen beispielhaft Details der Schaltungsanordnung aus Fig. 2. Die
Eingangsschaltung E1 besteht eingangsseitig aus einem Entstörkondensator C10 sowie einem Spannungsbegrenzungswiderstand R35 und ausgangsseitig aus einem Vollweggleichrichter mit den Gleichrichterdioden D11 bis D14. Die am Ausgang des Vollweggleichrichters D11-D14 bzw. an den Speiseanschlüssen S1, S2 anstehende Steuer- Spannung Vi gelangt als abschaltbare Steuerspannung Vi' über den Dauerunterbrecher DU. Der Dauerunterbrecher DU besteht aus einer in der Steuerspannungsleitung W1 eingefügten Kurzschlusssicherung F1 und einem nachfolgenden, zwischen der Steuerspannungsleitung W1 und dem Massepoten_zial angeordneten Halbleiter-Kurzschluss- schaltglied T6. Der Mikrocontroiler MC liefert an einem Ausgang LaO ein Kurzschließsig- nal CB über einen integrierten Verstärker IV32 und eine erste ODER-I iode D6 an die Basiselektrode des Kurzschlussschaltgliedes T6.
Die Steuerspannung Vi wird über den Steuerspannungscontroller BVi einem Anschluss 5 A3 des Mikrocontrollers MC zugeführt und bestimmt mit üblichen Mittel n sowie in Verbindung mit einem Anschluss A2 des Mikrocontrollers MC die Einschaltbereitschaft des Mikrocontroiler MC hinsichtlich der sich aufbauenden Steuerspannung Vi sowie die Pulsweite während der pulswertengesteuerten Aktivierung des Einschaltgliedes T1.
10 Die abschaltbare Steuerspannung Vi' speist über einen Ladewiderstancf R14 und die Entkoppeldiode D8 den kapazitiven Ladungsspeicher C1. Die abschalti>are Steuerspannung Vi' und die Ladespannung VC1 über dem Ladungsspeicher C1 vwerden getrennt über Entkoppeldioden D21 und D20 einem Schaltnetzteil ST zugeführt- Das Schaltnefz- teil ST liefert die zur Spannungsversorgung der Steuerschaltung erforderliche Versor-
15 gungsgleichspannung von +13,6 V und die davon abgeleitete Versorgungsgleichspannung von +5 V. Im Anzugsbetrieb sowie im Haltebetrieb werden das Schalfnetzteil ST und damit die Steuerschaltung von der abschaltbaren Steuerspannung Vi' gespeist. Im Abfallbetrieb dagegen werden das Schaltnetzteil ST und damit die Steuerschaltung von der Ladespannung VC1 gespeist. Der +5 V-Ausgang des Schaltnetzteiles ST ist außer-
20. dem mit einer Rücksetzschaltung verbunden, die in üblicher Weise aus einem integrierten Verstärker IV7, einem ausgangsseitigen Integrationskondensator (X28 und einem Rückführwiderstand R65 besteht. Mit dem Aufbau der abschaltbaren S-teuerspannung Vi' nach Anlegen der Versorgungsspannung Va wird vom Verstärker IV7 ein Rücksetzsignal RES an den RESET-Eingang des MikrocontrOllers MC gesendet, wora if der Mikrocont-
25 roller MC in einen definierten Ausgangszustand zurückgesetzt wird.
Der Hilfsabschaltzweig besteht aus der Hilfsabschaltspule L4, dem Halbleiter-Hilfsab- schaltglied T4 und dem in dessen Emitterkreis angeordneten Stromüberwachungswiderstand R6. Der Mikrocontroiler MC gibt an einem Ausgang La2 ein testendes und im
30 erforderlichen Falle ein den Magnetanker zurückführendes Hilfsabschaltsignal ABr aus. Das Hilfsabschaltsignal ABr wird über einen integrierten Verstärker IV31 und einem Vorwiderstand R7 der Basiselektrode des Hilfsabschaltgliedes T4 zugeführt. Zum Testen des Hilfsabschaltzweiges L4-T4-R6 hat das Hilfsabschaltsignal ABr eine Dauer von 0,3 ms, worauf ein kurzzeitiger Strom durch den Stromerfassungswideπstaπd R6 fließen
35 sollte. Der daraufhin sich über dem Stromerfassungswiderstand R6 ausbildende Span- nungsabfall VR6 wird über eine erste Verstärkerschaltung IV21 als Hilfsbestätigungs- signal SD einem Eingang B4 des Mikrocontrollers MC zugeführt. Der Stromerfassungswiderstand R6 und die erste Verstärkerschaltung IV21 entsprechen den Stromerfassungsmitteln BI4 aus Fig. 2. Vom Ausgang des Verstärkers IV31 führt außerdem ü ber ein Verzögerungsglied, das aus einem Verzögerungswiderstand R9 sowie einem Verzögerungskondensator C6 besteht, und eine zweite ODER-Diode D7 eine Verbindung zur Basiselektrode des Kurzschlussschaltgliedes T6. Über diese Verbindung wird im Falle eines Versagens des Hauptabschaltzweiges L3-T3 nach dem den Magnetanker zurückführenden Schließen des Hilfsabschaltgliedes T4 noch zusätzlich der Dauerunterbrecher DU ausgelöst.
Der Hauptabschaltzweig besteht aus der Hauptabschaltspule L3, dem Halbleiter-Hauptabschaltglied T3 sowie einer ersten Surpressordiode D10 als Freilaufkreis für die Haupt- abschaltspule L3. Der Mikrocontroiler MC gibt an einem Ausgang La1 ein testendes und im erforderlichen Falle ein den Magnetanker zurückführendes Hauptabschaltsignal AB aus. Das Hauptabschaltsignal AB wird über einen integrierten Verstärker IV42, einer vierten ODER-Diode D44 und einem Vorwiderstand R18 der mit Teilerwiderständen R66, R67 beschalteten Basiselektrode des Hauptabschaltgliedes T3 zugeführt. Zum Testen des Hauptabschaltzweiges L3-T3-D10 hat das Hauptabschaltsignal AB eine Dauer von 0,3 ms, worauf eine messbare Spannungsabsenkung -ΔVC1 an dem Ladungsspeϊ-cher C1 auftreten sollte. Die Spannungsabsenkung -ΔVC1 wird über einen passiven Ho«h- pass, bestehend aus einem Differenzierkondensator C2, einem Ableitwiderstand R_21 sowie einer Begrenzerdiode D1, und eine zweite Verstärkerschaltung IV 2 als Hau tbestätigungssignal SB einem Anschluss A4 des Mikrocontrollers MC zugeführt. Der Mik- rocontroller MC überwacht, ob die Spannungsabsenkung -ΔVC1 innerhalb eines vorgegebenen Fensters liegt. Eine zu geringe Spannungsabsenkung -ΔVC1 bedeutet, dass ein ausbleibender oder zu geringer Spulenstrom IL3 in der Hauptabfällspule L3 nicfnt zu einer Rückführung des Magnetankers während des Abfallbetriebes führt. Eine zu hohe Spannungsabsenkung -ΔVC1 dagegen bedeutet, dass die Kapazität des Ladungsspei- chers C1 nicht mehr ausreicht, um einen ausreichenden Stromfluss durch die Hauptabfallspule L3 während des Abfallbetriebes zu liefern. Mit dem Ladungsspeicher C1 ist weiterhin über einen Spannungsteiler aus den Teilerwiderständen R19, R20 eine dritte Verstärkerschaltung IV11 verbunden, die an ihrem Ausgang ein zur Ladespannung VC1 proportionales Spannungskontrollsignal SA an einen Anschluss A5 des Mikrocontrollers MC liefert. Anhand des Spannungskontrollsignals SA überprüft der Mikrocontroiler IV1C ob der Ladungsspeicher MC nach Aufschaltung der Steuerspannung Vi zur Gewährleistung des Abfall betriebes ausreichend aufgeladen worden ist. Der Hochpass C2-R21, der Spannungsteiler R19-R20 sowie die zweite und die dritte Verstärkerschaltung IV12 bzw. IV11 bilden die Spannungserfassungsmittel BV1 gemäß Fig. 2.
Der Mikrocontroiler MC gibt an einem Ausgang La3 periodisch Watchdog-Signale WDG aus, die von einer Watchdog-Überwachungsschaltung WC kontrolliert werden. Die Watchdog-Überwachungsschaltung WC ist an sich bekannt aus der Druckschrift WO 03 077396 A1 und enthält eine Hochpass, einen von einem Halbleiterschalter im Rhythmus der Watchdog-Signale WDG entladbaren Ladekondensator und einen Spannungsko m- parator. Der Ausgang der Watchdog-Überwachungsschaltung WC ist über eine fünfte ODER-Diode mit dem Vorwiderstand R18 verbunden. Bei gestörtem Mikrocontroiler MC bleiben die Watchdog-Signale WDG aus, worauf die Watchdog-Überwachungsschaltung WC durch Schließen des Hauptabschaltgliedes T3 den Abfall betrieb einleitet.
Der Einschaltzweig besteht aus der Einschaltspule L1, dem Halblerter-Einschaltglied T1, dem aktivierbaren Freilaufkreis FL und einer Surpressordiode D9. die zum zusätzlichen Überspannungsschutz dient. Der Mikrocontroiler MC gibt über einen Ausgang La4 und eine Widerstandsbeschaltung R45 bis R48 ein pulsweitenmoduliertes Einschaltsignal AN aus. Das Einschaltsignal AN wird über einen integrierten Verstärker IV41 und einen Vor- widerstand R17 der Basiselektrode des Einschaltgliedes T1 zugeführt. Der aktivierbare Freilaufkreis FL enthält einen dem Ausgang des Verstärkers IV41 nachgeschalteten Hochpass, der aus einem Differenzierkondensator C4 und einem Ableitwiderstand R13 besteht, einen Ladekreis, der aus einer vom Hochpass C4-R13 ausgehenden Reihen- Schaltung einer Gleichrichterdiode D4 und einem Ladewiderstand R15, aus einem Ladekondensator C3, aus einer Begrenzerdiode D3 und aus einem Entladewiderstand R1 <5 besteht, und eine parallel zur Einschaltspule L1 angeordnete Reihenschaltung aus einer Freilaufdiode D2 und einem Halbleiter-Aktivierungsschaltglied T2, dessen Gateelektrode mit dem Ladekondeπsator C3 verbunden ist. Mit der pulsgesteuerten Aktivierung des Einschaltgliedes T1 beginnt das „Aufpumpen" der Ladekondensators C3 im Rhythmus der am Verstärker IV41 anstehenden Pulse des Einschaltsignals AN. Nach wenigen Pulsen des Einschaltsignals AN ist die Spannung über dem Ladekondensator C3 soweit angestiegen, dass das Aktivierungsschaltglied T2 schließt und die Freilaufdiode D2 atctiv mit der Einschaltspule L1 verbindet. Der Freilaufkreis FL befindet sich nun im aktiven _Zu- stand. Mit Beendigung des Einschaltsignals AN wird der Ladekondensator C3 wieder über den Entladewiderstand R16 entladen, wobei durch Sperren des Aktivierungsschaltgliedes T2 die Freilaufdiode D2 von der Einschaltspule L1 getrennt wird. Damit befindet sich der Freilaufkreis FL wieder im inaktiven Zustand.
Von dem Verbindungspunkt zwischen Einschaltspule L1, Einschaltglied T1 und aktivier- barem Freilaufkreis FL führt ein Spannungsteiler R24-R25 zu einer vierten Verstärkerschaltung IV91. Die beim Testen des Hauptabschaltzweiges L3-T3-D10 in der Einschaltspule L1 bei deaktiviertem Freilaufkreis FL induzierte Spannungsabsenkung +ΔVL1 wird über eine vierte Verstärkerschaltung IV91 als Sperrkontrollsignal SC an einen Anschluss A6 des Mikrocontrollers MC geführt. Der Spannungsteiler R24-R25 und die vierte Verstärkerschaltung IV91 entsprechen den weiteren Spannungserfassungsmitteln BV1 gemäß Fig. 2.
Von dem Verbindungspunkt zwischen Einschaltspule L1, Einschaltglied T1 und Freilauf- kreis FL führt ein werterer Spannungsteiler R11 -R12 zu der Basiselektrode eines Schalttransistors T5, dessen Kollektorelektrode mit einem Ladewiderstand R10 und einem weiteren Ladekondensator C5 verbunden ist. Vom Ladekondensator C5 führt eine dritte ODER-Diode D5 zur Basiselektrode des Kurzschlussschaltgliedes T6. Außerhalb des Anzugsbetriebes ist das Einschaltglied T1 gesperrt, wodurch der Ladekondensator C5 über die Kollektαr-Em'rtter-Strecke des durch die Einschaltspule L1 und den Spannungsteiler R11-R12 geschlossenen Schalttransistors T5 entladen ist. Im Anzugsbetrieb wird durch die im Pulsrhythmus des Einschaltsignals AN auftretenden Spannungsimpulse über dem Einschaltglied T1 der Schalttransistor T5 wechselseitig geschlossen und gesperrt, sodass sich über dem wechselseitig auf- und entladenen Ladekondensators C5 keine wesentliche Spannung aufbauen kann. Bei infolge eines Defektes dauernd geschlossenem Einschalttransistor T1, im Allgemeinen infolge Durchlegierens, ist jedoch der Schalttransistor T5 ständig gesperrt. Dann wird mit fortschreitender Aufladung des Ladekondensators C5 über den Ladewiderstand R10 das Kurzschlussschaltglied T5 geschlossen und mit nachfolgender Auslösung der Kurzschlusssicherung F1 die ab- schaltbare Steuerspannung Vi' dauernd abgeschaltet. Der Magnetantrieb ist gegen Einschalten gesichert. Der Spannungsteiler R11-R12, der Schalttransistor T5, der Ladewiderstand R10 und der Ladekondensator C5 entsprechen zusammen dem aktiven Tiefpass AT gemäß Fig. 2. Vom Knotenpunkt der ersten bis dritten ODER-Dioden D5 bis D7 und eines Knotenwiderstandes R8 wird ein Auslösesignal SE zu einem Eingang B3 des Mikrocontrollers MC geführt. Beim Empfang eines Auslösesignals SE gibt der Mikro- controller MC vorsorglich ein Hauptabschaltsignal AB aus, um den möglicherweise schon angezogenen Magnetanker zurückzuführen.
Neben der vorstehend geschilderten Funktionsüberwachung des Einschaltgliedes T1 weist die Schaltungsanordnung noch weitere, nachfolgend beschriebene Selbstüberwachungsfunktionen auf, die dafür sorgen, dass Schaltungsanordnung und Magnetantrieb in einen definierten sicherheitsrelevanten Zustand übergehen.
Im Falle eines Drahtbruches zur oder in der Hauptabschaltspule L3 oder im Falle eines dauernd gesperrten Hauptabschaltgliedes T3 wird nach tesfweiser Ausgabe des Hauptabschaltsignals AB wegen des Fehlens einer Spannungsabsenkung -ΔVC1 am Ladungsspeicher C1 kein Hauptbestätigungssignal SB von der zweiten Verstärkerschaltung IV12 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt daraufhin zuerst ein Hilfsabschaltsignal ABr zur Zurückf hrung des Magnetankers in die abgefallene Stellung und danach ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betreiben.
Sollte die Kapazität des Ladungsspeichers C1 auf einen nicht mehr zu tolerierenden Wert gesunken oder die mit der Hauptabschaltspule L3 verbundene Surpressordiode D10 durchlegiert sein, wird nach testweiser Ausgabe des Hauptabschaltsignals AB wegen einer zu großen Spannungsabsenkung -ΔVC1 am Ladungsspeicher C1 ein das vorgegebene Fenster überschreitendes Hauptbestätigungssignal SB von der zweiten Verstärkerschaltung IV12 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt daraufhin zuerst ein Hilfsabschaltsignal ABrzur Zurückführung des Magnetankers in die abgefallene Stellung und danach ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betreiben.
Befindet sich der aktivierbare Freilaufkreis immer im aktiven Zustand, wird nach testweiser Ausgabe des Hauptabschaltsignals AB wegen einer kaum feststellbaren Span- nungserhöhung +ΔVL1 an der Einschaltspule L1 kein Sperrkontrollsignal SC von der vierten Verstärkerschaltung IV91 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt daraufhin zuerst ein Hilfsabschaltsignal ABr zur Zurückführung des Magnetankers in die abgefallene Stellung und danach ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betrei- ben. Falls das Hauptabschaltglied T3 durchlegiert, d.h. ständig leitend ist, wird nach Anlegen des Steuersignals Vi wegen des Nichterreichens einer erforderlichen Ladespannung VC1 über dem Ladungsspeicher C1 kein Spannungskontrollsignal SA von der dritten Verstärkerschaltung IV11 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt darauf hin ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betreiben.
Im Falle eines Drahtbruches zur oder in der Hilfsabschaltspule L4 oder im Falle eines dauernd gesperrten Hilfsabschaltgliedes T4 wird nach testweiser Ausgabe des Hilfsab- schaltsignals ABr wegen des Fehlens eines Spannungsabfalls VR6 am Stromerfassungswiderstand R6 kein Hilfsbestätigungssignal SD von der ersten Verstärkerschaltung IV21 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt daraufhin zuerst ein Hauptabschaltsignal AB zur Zurückführung des Magnetankers in die abgefallene Stellung und danach ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betreiben.
Falls das Hilfsabschaltglied T4 durchlegiert, d.h. ständig leitend ist, wird nach Anlegen des Steuersignals Vi wegen des Nichterreichens einer erforderlichen Ladespan- nung VC1 über dem Ladungsspeicher C1 kein Spannungskontrollsignal SA von der dritten Verstärkerschaltung IV11 ausgegeben. Der Mikrocontroiler MC gibt darauf hin ein Kurzschlusssignal CB zur Dauerabschaltung der abschaltbaren Steuerspannung Vi' aus. Der Magnetantrieb lässt sich danach nicht mehr betreiben.
Nach Durchlegieren des Kurzschlussschaltgliedes T6 können mit dem Zusammenbrechen der Steuerspannung Vi zwei alternative Fälle eintreten. Im ersten Fall wird durch Ausgabe des Hauptabschaltsignals AB der Magnetanker in die abgefallene Stellung zurückgeführt bevor die Kurzschlusssicherung F1 nachfolgend auslöst. Im zweiten Fall löst die Kurzschlusssicherung F1 aus, nachdem der über die vierte Ver- Stärkerschaltung IV91 erfasste Spannungseinbruch den Mikrocontroiler MC veran- lasst hat, ein Hilfsabschaltsignal ABr zur Zurückführung des Magnetankers auszugeben. Auch hier lässt sich in beiden Fällen der Magnetantrieb nicht mehr betreiben. Bei Ausfall der +5 V-Versorgungsgleichspannung wird mit ausbleibenden Watchdog- Signalen WDG über die Watchdog-Überwachungsschaltung WC die Rückführung des Magnetankers in die abgefallene Stellung veranlasst. Bei Ausfall der +13,6 V- Versorgungsgleichspannung werden die Watchdog-Überwachungsschaltung WC und der integrierte Verstärker IV42 inaktiv. Durch Schließen des Hauptabschaltgliedes T3 über den mit seiner Basiselektrode verbundenen Spannungsteiler R66-R67 wird der Magnetanker in die abgefallene Stellung zurückgeführt. Ohne Wiederherstellung der Versorgungsgleichspannungen lässt sich der Magnetantrieb nicht mehr betreiben.
Die Zeitdiagramme in Fig. 5 demonstrieren sowohl den Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens als auch das Arbeiten der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ohne Auftreten der vorstehend beschriebenen Ausfallerscheinungen. Mit Anlegen der Steuerspannung Vi zum Zeitpunkt tA wird durch Aufladen des Ladungsspeichers C1 gemäß Verfahrensschrrtt A die Ladespannung VC1 aufgebaut, wobei mittels des Spannungskontrollsignals SA die Höhe der Ladespannung VC1 überwacht wird. Der Verfahrensschritt B beginnt zum Zeitpunkt tB1 mit der Ausgabe eines Hilfsabschaltsignals ABr von 0,3 ms zum Testen des Hilfsabschaltkreises, worauf durch den kurzzeitigen Strom IL4 durch die Hilfsabschaltspule L4 ein Hilfsbestätigungssignal SD generiert wird. Nachfol- gend wird zu einem Zeitpunkt tB2 ein Hauptabschaltsignal AB zum Testen des Haupt- abschaitzweiges ausgegeben, worauf ein durch die kurzzeitige Spannungsabsenkung - ΔVC1 der Ladespannung VC1 ein Hauptbestätigungssignal SB generiert wird. Durch den kurzzeitigen Hilfsabschaltstram IL4 und den kurzzeitigen Hauptabschaltstrom IL3 werden in der Einschaltspule L1 Spannungen induziert, die im Falle der durch den kurzzeitigen Hauptabschaltstrom IL3 induzierten Spannungserhöhung +ΔVL1 mit dem Sperrkontrollsignal SC ausgegeben wird. Der Verfahrensschritt C beginnt zum Zeitpunkt tC1 und endet zum Zeitpunkt tC2 mit dem pulsweitengesteuerten Einschaltsignal AN. Mit dem verzögerten Abklingen eines Stromes IL1 beträchtlicher Dauer durch die Einschaltspule L1 endet der Anzugsbetrieb und beginnt der Haltebetrieb.
Gemäß Verfahrensschritt D erfolgt während des Haltebetriebes in periodischer Wiederholung das Testen des Hilfsabschaltzweiges sowie des Hauptabschalfzweiges mit Ausgabe von Hilfeabschaltsignalen ABr und von Hauptabschaltsignalen AB von jeweils 0,3 ms Dauer zu den Zeitpunkten tD1 bzw. tD2. Auch hierbei erfolgt die Ausgabe von Hilfebestätigungssignalen SD und von Hauptbestätigungssignalen SB infolge der kurz- zeitigen Spulenströme IL4 bzw. IL3 sowie das Aufprägen der induzierten Spannungserhöhungen +ΔVL1 auf das Sperrkontrollsignal Sc infolge des kurzzeitigen Spulenstromes IL3. Durch Wegschalten der Steuerspannung Vi zum Zeitpunkt tE1 endet der Haltebetrieb und beginnt der Abfallbetrieb gemäß dem Verfahrensschritt E. Durch Ausgabe ei- nes Hau ptabschaltsignals AB von beträchtlicher Dauer fließt ein vom Ladungsspeicher C1 gelieferter Strom IL3 durch die Hauptabschaltspule L3, wodurch der Magnetanker in die abgefallene Stellung zurückgeführt wird. Die Ladespannung VC1 fällt dabei nahezu auf Null. Mit Beendigung des Hauptabschaltsignals AB zum Zeitpunkt t_Ξ2 ist der Abfällbetrieb beendet, damit der Ruhezustand des Magnetantriebes erreicht und dieser wieder bereit, bei erneutem Anlegen der Steuerspannung Vi in den Anzugsbetrieb überzugehen.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass die dem Sperrkontrollsignal SC aufgeprägten Spannungserhöhungen sowohl durch die induktive Kopplung zwischen der Hilfsab- schaltspule L4 und der Einschaltspule L1 als auch durch die induktive Kopplung zwischen der Haupteinschaltspule L3 und der Einschaltspule L1 hervorgerufen werden.
Eine Abwandlung im Rahmen der Erfindung besteht auch hier darin, dass die auf den Mag netanker auszuübende Rückhaltekraft zusätzlich oder alternativ durch min- destens einen weiteren Permanentmagneten bewirkt. Rückhaltefedern für die Rück- haltekraft sind beispielsweise in der bereits genannten DE 101 33 713 C1 aufgeführt, Weitere Permanentmagneten für die Rückhaltekraft sind beispielsweise in der bereits genannten EP O 721 650 B1 aufgeführt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines aus Magnetjoch, Permanentmagneten, Magnetanker und elektromagnetischen Spulenmitteln (L1, L3, L4) bestehenden Magnetantriebes durch eine eingangsseitig an eine mikrocontrollerimplementierte Steuerschaltung anzulegende Steuerspannung (Vi), mit - permanentmagnetisch unterstütztem, elektromagnetischem Anzugsbetrieb entgegen einer Rückhalte kraft ab Anlegen der Steuerspannung (Vi), - anschließend ausschließlich permanentmagnetischem Haltebetrieb bei weiterhin anliegender Steuerspannung (Vi) und - durch die Rückhaltekraft unterstütztem, elektromagnetisch entgegen der permanentmagnetischen Haltekraft bewirktem Abfallbetrieb durch Entladen eines während des Anzugs- und Haltebetriebes geladenen kapazitiven La- dungsspeichers (C1) ab Wegfall der Steuerspannung (Vi), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: A) nach Anlegen der Steuerspannung (Vi) wird die Steuerschaltung rückgesetzt initialisiert und die Aufladung des Ladungsspeichers (C1) eingeleitet, B) daraufhin werden in willkürlich festgelegter Reihenfolge eine Hilfsabschalt- spule (L4) und eine Hauptabschaltspule (L3) kurzzeitig angesteuert, worauf bei Ausbleiben eines Stromflusses durch eine der beiden Abschaltspulen (L3; L4) eine Dauerabschaltung der Steuerspannung (Vi) erfolgt, C) dagegen wird nach Erkennen eines Stromflusses durch beide Abschaltspulen (L3; L4) eine Einschaltspule (L1) zum Überführen des Magnetankers in die angezogene Stellung angesteuert und danach stromlos geschaltet, D) daraufhin werden in willkürlich festgelegter Reihenfolge die Hilfsabschaltspule (L4) und die Hauptabschaltspule (L3) ohne Auswirkung auf den Magnetanker kurzzeitig angesteuert, worauf bei Ausbleiben eines Stromflusses durch die Hilfsabschaltspule (L4) der Ladungsspeicher (C1) über die Haupt- abschaltspule (L3) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung entladen bzw. bei Ausbleiben eines Stromflusses durch die Hauptabschaltspule (L3) die Hilfsabschaltspule (L4) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung angesteuert und in beiden Fällen nachfolgend eine Dauerabschaltung der Steuerspannung (Vi) erfolgt, E) dagegen wird nach Erkennen der Stromflüsse durch die Abschaltspulen (L3; L4) der Verfahrensschritt D aufgenommen, jedoch ab Wegfall der Steuerspannung (Vi) der Ladungsspeicher (C1) über die Hauptabschaltspule (L3) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung entladen.
2. Verfahren nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die kurzzeitige Ansteuerung der Hauptabschaltspule (L1) gemäß dem Verfahrensschritt B erst bei ausreichend aufgeladenen Zustand des Ladungsspeichers (C1) erfolgt.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dauernde Abschaltung der Steuerspannung (Vi) gemäß der Verfahrensschritte B und D durch Kurzschlussauslösung erfolgt.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kurzzeitige Stromfluss durch die Hilfsabschaltspule (L4) gemäß der Verfahrensschritte B und D als widerstandsbehafteter Spannungsabfall (VR6) er- fasstwird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kurzzeitige Stromfluss durch die Hauptabschaltspule (L3) gemäß der Verfahrensschritte B und D als Spannungsabsenkung (-ΔVC1) über den Ladungsspeicher (C1) erfasst wird.
6. Verfahren nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl bei zu geringer als auch bei zu hoher Spannungsabsenkung (-ΔVC1) die Hilfsabschaltspule (L4) angesteuert und danach eine Dauerabschaltung der Steuerspannung (Vi) erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Fehlen einer infolge des kurzzeitigen Stromflusses durch eine der beiden Abschaltspulen (L3; L4) an der Einschaltspule (L1) induzierten Spannungserhöhung (+ΔVL1) die jeweils andere Abschaltspule (L4; L3) erforderlichenfalls zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung angesteuert wird und unbedingt eine Dauerabschaltung der Steuerspannung (Vi) erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Mikrocontrollers der Ladungsspeicher (C1) über die Hauptabschaltspule (L3) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung entladen wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausfall des Mikrocontrollers die Hilfsabschaltspule (L4) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung angesteuert wird.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltekraft durch mindestens eine mit dem Magnetanker wirkverbundene Rückstellfeder aufgebracht wird.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückhaltekraft durch mindestens einen mit dem Magnetanker wirkverbundenen weiteren Permanentmagneten aufgebracht wird.
12. Schaltungsanordnung zum Betreiben eines Magnetantriebes, der aus Magnet- joch, mindestens einem magnetjochseitig angeordneten Permanentmagneten, einem Magnetanker und eine Rückhaltekraft ausübenden Rückhaltmitteln besteht, enthaltend das Magnetjoch umgebende elektromagnetische Spulenmittel (L1; L3; L4), eine eingangsseitig von einer gleichgerichteten Steuerspannung (Vi) gespeiste und beaufschlagte, sowie einen Mikrocontroiler (MC) enthaltende Steuer- Schaltung und einen kapazitiven Ladungsspeicher (C1), wobei der Magnetanker ab Anlegen der Steuerspannung (Vi) entgegen der Rückhaltekraft permanentmagnetisch unterstützt angezogen, bei weiterhin anliegender Steuerspannung (Vi) ausschließlich permanentmagnetisch gehalten und ab Wegfall der Steuerspannung (Vi) mit Unterstützung durch die Rückhaltekraft sowie entgegen der permanentmagnetischen Haltekraft durch Entladen des Ladungsspeichers (C1) abfällt, gekennzeichnet durch - einen auslösbaren Dauerunterbrecher (DU) zur Dauerabschaltung der über Speiseanschlüsse (S1; S2) zuführbaren Steuerspannung (Vi), - einen mit den Speiseanschlüssen (S 1 ; S2) verbundenen Hilfsabschaltzweig aus der Reihenschaltung einer Hilfsabschaltspule (L4), einem Hilfsabschalt- glied (T4) und Stromüberwachungsmitteln (BI4), - einen dem Dauerunterbrecher (DU) nachgeschalteten Einschaltzweig aus der Reihenschaltung einer Einschaltspule (L1) und einem Einschaltglied (T1), - einen dem Daueruπterbrecher (DU) πachgeschalteten Hauptabschaltzweig aus der Reihenschaltung einer in Durchlassrichtung gepolten Entkoppeldiode (D8), einer Hauptabschaltspule (L3) und einem Hauptabschaltglied (T3), wobei der Ladungsspeicher (C1) parallel zur Hauptabschaltspule (L3) und zum Hauptabschaltglied (T3) angeordnet ist, - Spannungserfassungsmittel (BV3), die parallel zum Ladungsspeicher (C1) angeordnet sind, - eingangsseitige Verbindungen des Mikrocontrollers (MC) mit den Stromerfassungsmitteln (BI4), den Spannungserfassungsmitteln (BV3) sowie einem ein- gangsseitig mit den Speiseanschlüssen (S1; S2) verbundenen Steuerspannungscontroller (BVi) und ausgangsseitige Verbindungen des Mikrocontrollers (MC) mit den Schaltgliedern (T1; T3; T4) sowie dem Dauerunterbrecher (DU), wobei der Mikrocontroiler (MU) programmmäßig so ausgelegt ist, dass er nach Anlegen einer Steuerspannung (Vi) initialisiert wird, in festlegbarer Reihefolge das Hilfs- und das Hauptabschaltglied (T4; T3) ohne mögliche Wirkung auf den Magnetanker kurzzeitig schließt, das Einschaltglied (T1) zum Überführen des Magnetankers in die angezogene Stellung pulsgesteuert aktiviert und danach deaktiviert und nach Wegfall der Steuerspannung (Vi) das Hauptabschaltglied (T3) zum Überführen des Magnetankers in die ab- gefallene Stellung schließt, jedoch bei ausbleibendem Ausgangssignal der Stromerfassungsmittel (BI4) oder der Spannungserfassungsmittel (BV3) das Haupt- bzw. das Hilfsabschaltglied (T3; T4) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung unmittelbar schließt und nachfolgend den Dauerunterbrecher (DU) auslöst.
13. Schaltungsanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauerunterbrecher (DU) aus einer zu einer der Speiseklemmen (S1) führenden Kurzschlusssicherung (F1) mit einem nachgeschalteten Kurzschlussschaltglied (T6) besteht.
14. Schaltungsanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass ein aktiver Tiefpass (AT) eingangsseitig mit der Einschaltspule (L1) und ausgangsseitig mit dem Kurzschlussschaltglied (T6) in der Weise verbunden ist, dass ein bei gesperrtem bzw. geöffnetem Einschaltglied (T1) sich entladender bzw. aufladender Ladekondensator (C5) bei Erreichen einer festgelegten Ladespannung das Kurzschlussschaltglied (T6) schließt.
15. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromüberwachungsmittel (BI4) aus einem Stromerfassungs- iderstand (R6) und einer davon ausgehenden ersten Verstärkerschaltung (IV21) bestehen.
16. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungsmittel (BV3) einen mit dem Ladungs- Speicher (C1) verbundenen Hochpass (C2-R21) sowie eine davon ausgehende und zum Mikrocontroiler ( MC) führende zweite Verstärkerschaltung (IV12) aufweisen.
17. Schaltungsanordnung nach vorstehendem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungserfassungsmittel (BV3) eine von dem Ladungsspeicher (C1) ausgehende und zum Mikrocontroiler ( MC) führende dritte Verstärkerschaltuπg (IV11) aufweisen.
18. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekenn- zeichnet, dass mit der Einschaltspule (L1 ) ein aktivierbarer Freilaufkreis (FL) und weitere Spannungserfassungsmittel (BV1), die eine während des kurzzeitigen Schließens der Hauptabschaltspule (L3) oder/und der Hilfsabschaltspule (L4) induzierte Spannungserhöhung (+ΔVL1) erfassen und zum Mikrocontroiler (MC) führen, verbunden sind, und der Mikrocontroiler ( MC) bei fehlender Spannungs- erhöhung (+ΔVL1) das Hilfsabschaltglied (T4) oder das Hauptabschaltglied (T3) zum Überführen des Magnetankers in die abgefallene Stellung schließt und danach den Dauerunterbrecher (DU) auslöst.
19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit dem Magnetanker wirkverbundene Rückstellfeder als Rückhaltemittel vorgesehen ist.
20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückhaltemittel mindestens ein mit dem Magnetanker wirkverbundener weiterer Permanentmagnet vorgesehen ist.
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